[發(fā)明專利]一種巖體結(jié)構(gòu)面剪切破壞表面形態(tài)演化規(guī)律研究方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911021984.0
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110702536B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡毅;黃厚旭;潘銳;唐禮平;許慶虎;康小方
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽建筑大學(xué)
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/06;G01N1/36;G01N1/28;G06F30/20
• 代理公司: 合肥中谷知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34146
• 代理人: 洪玲

1.一種巖體結(jié)構(gòu)面剪切破壞表面形態(tài)演化規(guī)律研究方法，其特征在于，包括巖體結(jié)構(gòu)面剪切破壞表面形態(tài)演化規(guī)律研究系統(tǒng)，且研究系統(tǒng)包括：人工模擬巖體結(jié)構(gòu)面試樣制備子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)面三維高程模型構(gòu)建子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)面直剪試驗子系統(tǒng)；其中，

所述人工模擬巖體結(jié)構(gòu)面試樣制備子系統(tǒng)，包括：

小型切割機(jī)，用于切割天然巖體結(jié)構(gòu)面樣品，使之符合所述 結(jié)構(gòu)面直剪試驗子系統(tǒng)的剪切盒尺寸；

人工模擬巖體結(jié)構(gòu)面試樣制備模具，用于放置結(jié)構(gòu)面模板；

所述結(jié)構(gòu)面直剪試驗子系統(tǒng)，包括：

自動控制結(jié)構(gòu)面剪切儀，用以對試樣進(jìn)行控制法向和切向邊界條件的直剪試驗；

數(shù)據(jù)采集裝置，用以采集結(jié)構(gòu)面直剪試驗的相關(guān)數(shù)據(jù)；

所述結(jié)構(gòu)面三維高程模型構(gòu)建子系統(tǒng)，包括：

三維激光掃描儀，用以對所述試驗前后的結(jié)構(gòu)面試樣進(jìn)行結(jié)構(gòu)面表面三維點云數(shù)據(jù)的采集；

數(shù)據(jù)處理裝置，用于根據(jù)采集到的結(jié)構(gòu)面點云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而基于預(yù)處理后的點云數(shù)據(jù)構(gòu)建結(jié)構(gòu)面試樣表面幾何形態(tài)演化模型，基于所述表面幾何形態(tài)演化模型，利用粗糙度定量評價方法，研究剪切破壞過程中結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)演化規(guī)律；

利用所述研究系統(tǒng)進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)面剪切破壞表面形態(tài)演化規(guī)律研究的方法包括如下步驟：

步驟S1，采集天然巖體結(jié)構(gòu)面樣品，基于相似比理論，確定所述樣品的參數(shù)配比，以制作與天然巖體結(jié)構(gòu)面樣品具有相似力學(xué)性質(zhì)的類巖石材料；

步驟S2，根據(jù)所述類巖石材料以及所述參數(shù)配比，利用人工模擬結(jié)構(gòu)面模具復(fù)制所述結(jié)構(gòu)面樣品，制作與所述結(jié)構(gòu)面樣品具有相同表面形態(tài)和相似力學(xué)性質(zhì)的一組人工模擬結(jié)構(gòu)面試樣；

步驟S3，采用三維激光掃描儀采集人工模擬結(jié)構(gòu)面試樣的表面點云數(shù)據(jù)，建立其表面初始三維高程模型；

步驟S4，針對所述一組人工模擬結(jié)構(gòu)面試樣，在相同法向荷載條件下開展最大剪切位移各不相同的直剪試驗，其中，各試樣直剪試驗的最大剪切位移稱為“剪切位移研究點”；位移最大的所述“剪切位移研究點”應(yīng)不小于試樣沿剪切方向的長度L mm的10%；結(jié)構(gòu)面試樣在剪切位移0 mm至0.1L mm每1 mm設(shè)置不少于一個研究點，另外，通過直剪試驗獲取該試樣在相應(yīng)法向荷載條件下的剪切破壞應(yīng)力應(yīng)變曲線，進(jìn)而獲取其“峰值剪切位移”作為1個“剪切位移研究點”；

步驟S5，應(yīng)用三維激光掃描儀采集剪切后的各結(jié)構(gòu)面試樣的表面點云數(shù)據(jù)，建立剪切后的三維高程模型，基于所述初始三維高程模型以及剪切后的三維高程模型建立所述結(jié)構(gòu)面對應(yīng)不同剪切位移的所述結(jié)構(gòu)面試樣表面幾何形態(tài)演化模型；

步驟S6，基于所述表面幾何形態(tài)演化模型，利用粗糙度定量評價方法，研究剪切破壞過程中所述結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)演化規(guī)律。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖體結(jié)構(gòu)面剪切破壞表面形態(tài)演化規(guī)律研究方法，其特征在于，所述基于相似比理論，確定所述樣品的參數(shù)配比，以制作與天然巖體結(jié)構(gòu)面樣品具有相似力學(xué)性質(zhì)的類巖石材料，具體包括，通過調(diào)整硅酸鹽水泥、石英砂、石膏和水的配比，以獲取抗壓強(qiáng)度、泊松比和彈性模量均和天然巖石相似的類巖石材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖體結(jié)構(gòu)面剪切破壞表面形態(tài)演化規(guī)律研究方法，其特征在于，所述制作與所述結(jié)構(gòu)面樣品具有相同表面形態(tài)和力學(xué)性質(zhì)的一組人工模擬結(jié)構(gòu)面試樣，具體包括，

步驟S2.1，針對天然巖體結(jié)構(gòu)面，進(jìn)行切割處理使之水平投影面符合直剪試驗剪切盒的尺寸，以制備天然巖體結(jié)構(gòu)面模板;

步驟S2.2，基于所述參數(shù)配比確定配比材料，澆注所述配比材料于結(jié)構(gòu)面模板之上形成人工模擬結(jié)構(gòu)面模板,其中，所述配比材料澆注于模具之內(nèi)；

步驟S2.3，在人工模擬結(jié)構(gòu)面模板上澆注配比材料，形成完全吻合的人工模擬巖體結(jié)構(gòu)面試樣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖體結(jié)構(gòu)面剪切破壞表面形態(tài)演化規(guī)律研究方法，其特征在于，所述針對所述一組人工模擬結(jié)構(gòu)面試樣，在相同法向荷載條件下開展最大剪切位移各不相同的直剪試驗，還包括，所述各結(jié)構(gòu)面試樣在相同剪切方向上進(jìn)行直剪試驗，且各結(jié)構(gòu)面直剪試驗的法向荷載加載速率、剪切位移速率均一致。