[发明专利]一种恒定刚度下岩石结构面剪切连续-非连续数值方法

权利要求书

1.一种恒定刚度下岩石结构面剪切连续-非连续数值方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过3D扫描技术获得岩石结构面上下盘的形貌特征，提取其中控制型二维形貌；

步骤二：基于所述控制型二维形貌建立岩石结构面剪切力学模型，所述岩石结构面剪切力学模型的上剪切盒顶部设置有一个刚性块体；

步骤三：将所述岩石结构面剪切力学模型导入到连续-非连续数值模拟软件中，划分单元，校核所述岩石结构面剪切力学模型的细观参数；

步骤四：对所述岩石结构面剪切力学模型进行刚度校核及建立法向应力-时间步长关系；

步骤五：施加给定边界条件，利用连续-非连续数值方法开展所述岩石结构面剪切力学模型的剪切试验数值模拟，从宏细观角度揭示岩石结构面的破坏机制；

所述步骤四包括：

对所述岩石结构面剪切力学模型进行初步剪切模拟，在初步剪切模拟过程中，在试样顶部刚性块体边界施加固定约束边界条件，仅限制垂直于剪切方向位移，试样顶部剪切盒右侧施加固定约束边界条件，仅限制剪切方向位移，试样底部剪切盒左侧施加恒定位移边界条件，试样底部剪切盒下侧施加固定约束边界条件，仅限制垂直于剪切方向位移，改变刚性块体弹性模量，建立弹性模量与刚度关系，以确定所述刚性块体的弹性模量以满足预设的法向刚度；

将所述岩石结构面剪切力学模型的上剪切盒水平方向固定，下剪切盒水平和垂直方向固定，通过压缩所述刚性块体得到所述岩石结构面剪切力学模型的法向应力-时间步长关系；

根据所述法向应力-时间步长关系及初始法向应力条件，确定相应的时间步，进而在确定的时间步内压缩刚性块体，达到指定时间步长后，试样顶部刚性块体边界施加固定约束边界条件，仅限制垂直于剪切方向位移；

所述步骤五中，对所述岩石结构面剪切力学模型施加给定边界条件，包括：试样顶部刚性块体上部施加恒定初始荷载及刚度边界条件，试样顶部剪切盒右侧施加固定约束边界条件，仅限制剪切方向位移，试样底部剪切盒左侧施加恒定位移边界条件，试样底部剪切盒下侧施加固定约束边界条件，仅限制垂直于剪切方向位移。

2.如权利要求1所述的恒定刚度下岩石结构面剪切连续-非连续数值方法，其特征在于，所述步骤一包括：

对结构面试样的上下盘结构面进行3D扫描，获得所述结构面试样的上下盘结构面点云数据；

对所述上下盘结构面点云数据进行均匀化处理，沿所述结构面试样的剪切方向提取二维轮廓线，分别计算各条二维轮廓线的粗糙度以及所述上下盘结构面对应两条轮廓线的匹配程度；

综合所述粗糙度及所述匹配程度指标，利用岩石结构面强度公式预估各所述轮廓线的强度，选取强度最大的轮廓线作为所述控制型二维形貌。

3.如权利要求2所述的恒定刚度下岩石结构面剪切连续-非连续数值方法，其特征在于，

所述结构面试样的上下盘结构面通过现场采集、劈裂或剪切获得；

沿所述结构面试样的剪切方向间隔0.5mm提取所述二维轮廓线；

通过粗糙度表征参数来确定所述二维轮廓线的粗糙度。

4.如权利要求3所述的恒定刚度下岩石结构面剪切连续-非连续数值方法，其特征在于，所述粗糙度表征参数包括：Z₂、SF、RMS、SD、R_P，其中，

所述Z₂表征轮廓线的平均起伏角度与起伏高度；

所述SF表征轮廓线结构特征；

所述RMS表征轮廓线的起伏幅度；

所述SD表征起伏角标准差；

所述R_P表征轮廓线的线粗糙度度量参数。

5.如权利要求1所述的恒定刚度下岩石结构面剪切连续-非连续数值方法，其特征在于，所述步骤二包括：

将所述控制型二维形貌导入图形处理软件，生成上下盘结构面；

根据所述上下盘结构面的尺寸，生成上下盘试样，并在所述上下盘结构面的两侧生成局部加密区域；

在所述上下盘试样的两端生成剪切盒，并在上剪切盒顶部设置所述刚性块体，继而获得所述岩石结构面剪切力学模型。