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

本發(fā)明為一種巖體結(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)，該方法包括：(1)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，以制作類巖石材料；(2)制作與該結(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；(3)建立人工模擬結(jié)構(gòu)面試樣初始三維高程模型；(4)針對(duì)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(yàn)；(5)建立對(duì)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；(6)基于粗糙度定量評(píng)價(jià)方法，研究剪切破壞過(guò)程中結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)演化規(guī)律。本發(fā)明為揭示剪切破壞過(guò)程中結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)演化規(guī)律的研究提供一種新途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及接觸面剪切特性試驗(yàn)研究領(lǐng)域，尤其涉及一種巖體結(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)。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)面在一定程度上控制巖體穩(wěn)定性，巖體整體強(qiáng)度及變形性質(zhì)與結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)緊密相關(guān)。剪切過(guò)程中結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度及變形等宏觀力學(xué)性質(zhì)的研究具有重要意義。結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)在一定程度上控制著結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度及剪切變形等宏觀力學(xué)性質(zhì)。研究剪切過(guò)程中結(jié)構(gòu)面表面細(xì)觀形態(tài)演化與結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度及變形等宏觀力學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性，是揭示結(jié)構(gòu)面剪切破壞機(jī)制進(jìn)而提出結(jié)構(gòu)面峰值抗剪強(qiáng)度準(zhǔn)則的有效途徑。

巖體結(jié)構(gòu)面的剪切破壞演化機(jī)制研究亦是揭示其強(qiáng)度及變形等力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)。然而，巖體結(jié)構(gòu)面剪切破壞的影響因素較為復(fù)雜，包括結(jié)構(gòu)面法相荷載、粗糙度、壁巖力學(xué)性質(zhì)等，要揭示這些因素各自對(duì)結(jié)構(gòu)面剪切破壞機(jī)制的影響較為困難，以致針對(duì)結(jié)構(gòu)面剪切破壞演化機(jī)制的研究，所取得的成果仍相對(duì)較少。

室內(nèi)試驗(yàn)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)面剪切過(guò)程中結(jié)構(gòu)面形貌和力學(xué)性質(zhì)演化研究的最直接的手段，然而現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置和方法中，難以直接監(jiān)測(cè)剪切破壞過(guò)程中天然結(jié)構(gòu)面內(nèi)部變形破壞規(guī)律。針對(duì)剪切破壞過(guò)程中結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)的演化機(jī)制，現(xiàn)有研究多是基于室內(nèi)試驗(yàn)僅分析結(jié)構(gòu)面在剪切破壞前后表面形態(tài)變化；或通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)面剪切破壞全過(guò)程模擬，而僅對(duì)比室內(nèi)試驗(yàn)剪切破壞前后結(jié)構(gòu)面形態(tài)變化以驗(yàn)證數(shù)值模擬效果。因此，鮮有基于室內(nèi)試驗(yàn)直接揭示剪切破壞過(guò)程中結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)演化規(guī)律的研究。

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種巖體結(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)，以直接揭示剪切破壞過(guò)程中結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)演化規(guī)律。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，本發(fā)明提出了一種巖體結(jié)構(gòu)面剪切破壞表面形態(tài)演化規(guī)律研究方法，所述方法包括如下步驟：

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(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立其表面初始三維高程模型；

步驟S4，針對(duì)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(yàn)；

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(diǎn)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(duì)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(píng)價(jià)方法，研究剪切破壞過(guò)程中所述結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)演化規(guī)律。

優(yōu)選的，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(guò)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。