[發明專利]一種裂隙巖石顆粒流模型構建及新生裂紋產狀分析方法

有效

• 申請號: 202110402163.2
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113177302B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 郭奇峰;張杰;吳星輝;董建偉;劉智超
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/10;G06T7/80;G06T7/73;G06T7/66;G06T7/136;G06T7/11;G06T7/00;G06T5/00;G06F119/14
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 朱艷華

本發明提供了一種裂隙巖石顆粒流模型構建及新生裂紋產狀分析方法，涉及節理巖體研究技術領域，能夠重構巖體細觀模型，實現模型裂隙形態可控、設定簡單、成本低廉，且對新生裂紋特征提取精度較高、準確可靠；該方法包括：S1、獲取巖體表面數字圖像；S2、圖像預處理；S3、識別出巖體主要礦物組分并統計比例；S4、根據S3的結果，建立顆粒流模型并對模型參數進行標定；S5、在S4的顆粒流模型中設置裂隙模型；刪除裂隙模型位置相應的球體顆粒，建立定向裂隙巖石模型；S6、進行新生裂紋位置和類型的追蹤；S7、根據S6的追蹤結果進行新生裂紋產狀信息的統計和分析。本發明提供的技術方案適用于裂隙巖石的數值模擬試驗研究的過程中。

技術領域

本發明涉及節理巖體研究技術領域，尤其涉及一種裂隙巖石顆粒流模型構建及新生裂紋產狀分析方法。

背景技術

天然巖體中存在的微裂隙和宏觀裂紋對地下工程結構的穩定性有著顯著的影響。裂隙巖體的力學性質決定了巖體的強度和巖體受壓破壞的機制，圍巖的失穩和破壞往往是由這些內部裂隙的擴展和貫通誘發引起。花崗巖是自然界和巖石工程中十分常見的一類巖石，其力學行為必然受到礦物結構組成的影響。同時考慮花崗巖非均質礦物結構和裂隙存在，探究非均質裂隙花崗巖的強度特征和破壞模式，將有助于揭示工程巖體的破壞機制和失穩特征。

目前，裂隙巖石的研究仍以室內試驗為主，裂隙巖體取樣、預制裂隙精度控制和類巖石材料礦物顆粒黏結等問題均對研究結果產生影響。采用數值分析模型進行研究，能夠考慮巖石中細觀組分的類型和分布，便于探究微細觀破裂的具體演化過程。近年來，數值模擬方法在巖石材料破壞研究方面應用廣泛，能夠以細觀尺度上的本構關系模擬裂隙演化過程。顆粒流模擬法，再現了細觀顆粒間的相互作用及演化特性主導顆粒材料的宏觀力學行為，是預制裂隙巖體強度特征及裂隙擴展規律研究的有力工具。

在現有裂隙巖體變形破壞研究中，對巖石礦物的非均質結構與微裂隙擴展引起的巖石力學特性的研究尚不充分。預制裂隙模型是節理巖體力學性質研究的基本結構形式之一，定向裂隙和多裂隙之間的作用關系對裂隙巖體起控制作用。構建這種裂隙巖石結構模型對于開展裂隙巖石力學試驗研究和指導實際工程具有重要的意義。因此，不論是科研需求還是應用需求，都需要研發一種新的裂隙模型構建及新生裂紋分析方法，以解決或減輕上述一個或多個問題，推動節理巖體力學性質的研究及應用。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種裂隙巖石顆粒流模型構建及新生裂紋產狀分析方法，能夠重構反映巖石非均質結構特征的細觀模型，實現模型裂隙形態可控、設定簡單、成本低廉，且對新生裂紋特征信息提取精度較高、準確可靠。

一方面，本發明提供一種裂隙巖石顆粒流模型構建及新生裂紋產狀分析方法，其特征在于，所述方法的步驟包括：

S1、獲取巖石試塊表面數字圖像；巖石試塊可以是花崗巖或者片麻巖，在分析精度達到要求時也可以是其他巖石；

S2、對S1獲取的圖像進行預處理；

S3、針對預處理后的圖像進行處理，識別出巖石試塊的主要礦物組分并統計各組分所占的比例；

S4、根據S3的識別結果和統計結果，建立顆粒流模型并對模型參數進行標定；

S5、在S4的顆粒流模型中按所需尺寸和角度設置裂隙模型；刪除裂隙模型位置相應的球體顆粒，建立定向裂隙巖石模型；

S6、進行新生裂紋位置和類型的追蹤；

S7、根據S6的追蹤結果，進行新生裂紋產狀信息的統計和分析。

如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述巖石試塊為方柱形巖石試塊。

如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，預處理的內容包括平滑處理，以消除噪聲影響。