[發(fā)明專利]一種通用的橢圓盤模型表征巖體裂隙面的方法

有效

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• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113240805B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 鄭俊;郭吉超;王嘉偉;田哲祺;呂慶
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發(fā)明涉及巖體離散裂隙網(wǎng)絡技術，旨在提供一種通用的橢圓盤模型表征巖體裂隙面的方法。包括：中心點分布的表征；三維密度的表征；尺寸分布的表征；方位分布的表征；還可以進一步地通過蒙特卡洛模擬的方法利用所述表征內(nèi)容進一步生成三維離散裂隙網(wǎng)絡。相比于圓盤模型和傳統(tǒng)橢圓盤模型，本發(fā)明具有更加廣泛的適用性。相對于現(xiàn)有的橢圓盤模型，本發(fā)明引入關于方位的表征，使用新的參數(shù)旋轉角，耦合了裂隙面的產(chǎn)狀，因而能夠構建橢圓盤長軸方向的概率密度分布函數(shù)。

技術領域

本發(fā)明涉及巖體離散裂隙網(wǎng)絡領域，具體涉及一種通用的橢圓盤模型表征巖體裂隙面的方法。

背景技術

巖體是由巖石和結構面組成的，結構面是指具有極低的或沒有抗拉強度的不連續(xù)面，包括裂隙、節(jié)理、斷層等。結構面的尺寸、方位、密度等幾何特征對巖體的變形、強度、滲透性等都有極其重要的影響。在自然界中，裂隙面部埋藏在巖體內(nèi)，很難測得所有裂隙的幾何特征，因此目前應用較為廣泛的方法是：通過沿采樣線的一維測量和二維的自然露頭推測裂隙的三維特征，從而構建三維離散裂隙網(wǎng)絡模型。

構建三維離散裂隙網(wǎng)絡的首要步驟是假定裂隙面為一定的形狀，包括圓盤、橢圓盤、平行四邊形、多邊形等。上述模型中，圓盤模型參數(shù)單一，計算簡單，成為最常用的模型。然而自然界中的裂隙面都是不規(guī)則的，而非等維的，所以圓盤模型的適用性就會降低。近幾年來學者們發(fā)展了橢圓盤模型，假定橢圓盤的長短軸之比和長軸方向是固定的，這樣也僅能適用于部分裂隙并非全部。而模擬裂隙面的形狀與真實巖體是否相似是決定巖體滲流、變形、穩(wěn)定的關鍵性因素之一。鑒于此，一個通用的橢圓盤模型亟需被建立。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種通用的橢圓盤模型表征巖體裂隙面的方法。

為解決技術問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種通用的橢圓盤模型表征巖體裂隙面的方法，包括：

(1)中心點分布的表征

采用泊松分布刻畫巖體裂隙面的中心點分布；

(2)三維密度的表征

將裂隙的三維密度λ_v定義為單位體積巖體中的裂隙數(shù)量，通過下述公式求解：

式中，λ_l為一維線密度，E(·)為括號內(nèi)函數(shù)的期望值；D為與裂隙等同面積的圓盤直徑，n為每條裂隙的法向量，n_m為所有裂隙的平均法向量。

若裂隙產(chǎn)狀服從Fisher分布，三維密度λ_v可進一步表示為

式中，κ₁為Fisher分布的集中參數(shù)。

(3)尺寸分布的表征

通過卡放檢驗獲取橢圓盤的長軸和短長軸之比的分布形式，并以其用于描述橢圓盤的尺寸，短長軸之比的范圍為0～1；

(4)方位分布的表征

橢圓盤在空間中的方位具有傾向α、傾角β和長軸方向這三個參數(shù)；

其中，裂隙面的傾向和傾角產(chǎn)狀采用Fisher分布，其概率密度函數(shù)如下：

式中，κ₁為Fisher分布的集中參數(shù)，α_m、β_m為位置參數(shù)；

定義裂隙面的最大下傾向線與橢圓長軸向下方向之間的夾角為旋轉角γ，其范圍從-π/2到π/2；在同一地質(zhì)環(huán)境作用下，裂隙面的長軸會趨向于某一優(yōu)勢方向，故采用Von-Mises分布進行表征，其概率密度函數(shù)如下：