[发明专利]基于宏细观力学的岩土力学模型试验系统以及精细化试验方法

权利要求书

1.基于宏细观力学的岩土力学模型试验系统，其特征在于，所述系统包括模型试验箱、模型试验加载装置、荷载测量装置、基础模型、数码照相机、体视显微镜、计算机、新闻灯；所述模型试验箱内设置试验土样，所述基础模型紧贴于模型试验箱观测面的内侧；所述模型试验加载装置对模型试验箱内土样施加荷载，所述荷载测量装置测量模型试验箱内土样所承受的荷载；所述数码相机通过模型试验箱观测面拍摄土样变化过程的图像，并传至计算机；所述体视显微镜用于摄取土样细观结构的显微图像，并传至计算机；所述计算机用于数据采集、记录和分析；所述新闻灯用于数码照相机和体视显微镜拍摄时的照明。

2.根据权利要求1所述的基于宏细观力学的岩土力学模型试验系统，其特征在于，所述计算机内设置有场分析系统和细观结构图像分析系统。

3.基于宏细观力学的岩土力学模型的精细化试验方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)形成与原型之间满足系统相似性要求的岩土力学模型试验的模型，并布置试验系统；

(2)按设计要求设置模型箱内土样和基础模型；

(3)土工试验，试验测试模型箱内土样的物理力学参数；

(4)对土样施加第一级荷载，量测施加的荷载，量测试验测试装置中各传感器的测试数据，拍摄荷载增加过程中土样的变形场的变化过程；拍摄预先确定的观测点的土样细观结构的显微图像，观测数据采集完整；

(5)将步骤(4)拍摄的土样变形场的图像，经场分析系统的处理，可以将数码图像分析后输出土样的网格变形场图像、剪切应变场图像、主应变场图像、总位移场图像、X方向位移场图像、Y方向位移场图像；

(6)将步骤(4)拍摄的土样细观结构的显微图像，经细观结构图像分析系统处理，可以输出各自观测时间点的土样结构的细观参数，并分析土样细观结构的变化及规律；

(7)进行细观力学的颗粒流PFC数值模拟，基于PFC程序，进行岩土力学的细观数值模拟试验，得到颗粒流PFC数值模拟试验的土样结构图像；

(8)进行连续-离散耦合数值模拟，基于离散元与有限差分法的离散-连续耦合分析模型对土与结构物相互作用进行模拟试验，得到连续-离散耦合数值模拟试验的土样结构图像；

(9)由细观结构图像分析系统对步骤(7)和步骤(8)得到的数值模拟的土样结构图像进行分析，得到数值模拟试验的土样结构的细观参数；

(10)分析步骤(5)得到的土样变形发展过程的图像，确定土样结构显微拍摄的观测点；

(11)累积增加荷载，重复步骤(4)到步骤(10)，直至施加荷载到设计最大荷载。