[发明专利]一种恒定荷载下岩石结构面剪切连续-非连续数值方法

权利要求书

1.一种恒定荷载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；

步骤三：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。

2.如权利要求1所述的恒定荷载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所述的恒定荷载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所述的恒定荷载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，既轮廓线各数据点点高度；

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所述的恒定荷载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后，获得所述岩石结构面剪切力学模型。

6.如权利要求1所述的恒定荷载下岩石结构面剪切连续-非连续数值方法，其特征在于，所述步骤三包括：

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；

对所述岩石结构面剪切力学模型赋予细观参数、施加边界条件及确定各监测变量监测位置；

对所述岩石结构面剪切力学模型开展连续-非连续计算，数值计算完成后，详细分析结构面剪切过程中裂纹扩展和应力、位移场演化特征，从宏细观角度揭示其破坏机制。

7.如权利要求6所述的恒定荷载下岩石结构面剪切连续-非连续数值方法，其特征在于，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时，

采用三角形单元划分试样及剪切盒区域，其中任意两个所述三角形单元接触边采用无厚度的四边形裂纹单元连接；所述三角形单元为理想线弹性单元，所述四边形裂纹单元可产生拉伸、剪切破坏及组合破坏，分别遵循最大拉应力准则和摩尔库伦强度准则。

8.如权利要求7所述的恒定荷载下岩石结构面剪切连续-非连续数值方法，其特征在于，

对所述岩石结构面剪切力学模型赋予细观参数，包括：所述试样及剪切盒的阀值取10倍弹性模量；所述剪切盒直接采用钢材的弹性及强度参数；所述试样的参数是在单轴、三轴及劈裂试验参数基础上通过试错法校核，当所述试样破坏特征、典型曲线与试验结果基本一致时即完成试验基本参数校核，获得各细观参数；结构面参数是界面摩擦系数及阀值，通过与平面试样剪切结果对比获得；

对所述岩石结构面剪切力学模型施加边界条件，包括：试样顶部剪切盒上部施加恒定荷载边界条件，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；

对所述岩石结构面剪切力学模型确定各监测变量监测位置，包括：采用底部剪切盒左侧端面水平位移作为剪切位移，顶部剪切盒上部垂直位移作为法向位移，剪切力通过顶部剪切盒右侧端面监测，为各监测点合力。