[發明專利]一種確定巖石裂紋發育程度的方法及裝置

有效

• 申請號: 201710017322.0
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106706884B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 周喻;劉冰;王雪;吳順川;周建新
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N3/08
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種確定巖石裂紋發育程度的方法及裝置，能夠量化各微裂隙組在軸向延伸方向和橫向擴張方向上的發育程度。所述方法包括：構建巖石試樣的顆粒流模型；根據構建的顆粒流模型，獲得顆粒流模型破壞過程中的微裂隙集及所述微裂隙集中每個微裂隙點的坐標值；根據得到的所述微裂隙集及所述微裂隙集中每個微裂隙點的坐標值，基于微裂隙點的密度進行聚類，并根據各聚類中心的距離，對所述微裂隙集中的微裂隙點進行分組，得到多個微裂隙組；采用主成分分析法，分析各微裂隙組的軸向延伸方向和橫向擴張方向，并量化各微裂隙組在軸向延伸方向和橫向擴張方向上的發育程度。本發明適用于巖土試驗與工程技術領域。

技術領域

本發明涉及巖土工程材料力學特性研究領域，特別是指一種確定巖石裂紋發育程度的方法及裝置。

背景技術

近年來，有較多的研究是針對預制裂隙的巖石試樣進行破壞試驗，探究在裂隙存在的情況下，巖石破裂過程中裂隙的發展趨勢。但是由于微裂隙肉眼難以觀察的，研究大多獲得了巖石的力學參數和宏觀裂隙的發展趨勢等信息，因此對微觀機理方面研究普遍不足。同時，也有相關的研究是結合數值模擬軟件，特別是離散元軟件進行傳統實驗的模擬，揭示巖石破裂過程中的細觀機理。數值模擬軟件作為傳統實驗的有力補充，可以有效地捕捉到細觀微裂隙的產生發展以及最終形成宏觀斷裂帶的過程。相關學者結合室內試驗和顆粒流(Particle Flow Code，PFC)等離散元程序研究試樣在單軸壓縮情況下的裂隙發展趨勢，但是由于PFC軟件在模擬過程中將黏結破壞視作微裂隙，因此最終呈現的結果大多只能通過微裂隙的聚集來粗略判斷宏觀裂隙的發展趨勢，而不是精確定量地描述宏觀裂隙發展趨勢和破裂程度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種確定巖石裂紋發育程度的方法及裝置，以解決現有技術所存在的不能精確定量地描述宏觀裂隙發展趨勢和破裂程度的問題。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種確定巖石裂紋發育程度的方法，包括：

構建巖石試樣的顆粒流模型；

根據構建的顆粒流模型，獲得顆粒流模型破壞過程中的微裂隙集及所述微裂隙集中每個微裂隙點的坐標值；

根據得到的所述微裂隙集及所述微裂隙集中每個微裂隙點的坐標值，基于微裂隙點的密度進行聚類，并根據各聚類中心的距離，對所述微裂隙集中的微裂隙點進行分組，得到多個微裂隙組；

采用主成分分析法，分析各微裂隙組的軸向延伸方向和橫向擴張方向，并量化各微裂隙組在軸向延伸方向和橫向擴張方向上的發育程度。

進一步地，所述構建巖石試樣的顆粒流模型包括：

S11，采用顆粒和黏結構建顆粒體試樣，其中，所述顆粒體試樣的尺寸與進行室內巖石力學試驗的巖石試樣的尺寸相同；

S12，設置顆粒細觀參數和黏結細觀參數；

S13，根據設置的顆粒細觀參數和黏結細觀參數，對所述顆粒體試樣進行單軸壓縮虛擬加載，得到所述顆粒體試樣的單軸壓縮應力-應變曲線；

S14，將得到的所述顆粒體試樣的單軸壓縮應力-應變曲線與進行室內巖石力學試驗的巖石試樣的單軸壓縮應力-應變曲線進行比較；

S15，若曲線的差異在預設的第一閾值內，則根據設置的顆粒細觀參數和黏結細觀參數，構建巖石試樣的顆粒流模型；

S16，否則，則調整顆粒細觀參數和黏結細觀參數，并返回S13繼續執行。

進一步地，所述根據構建的顆粒流模型，獲得所述顆粒流模型破壞過程中的微裂隙集及所述微裂隙集中每個微裂隙點的坐標值包括：

根據構建的顆粒流模型，沿長軸方向進行虛擬單軸壓縮，獲得所述顆粒流模型破壞過程中的微裂隙集及所述微裂隙集中每個微裂隙點的坐標值。