一种预测岩石节理速率相关的峰值抗剪强度方法和设备技术

本申请实施例提供一种预测岩石节理速率相关的峰值抗剪强度方法和相关设备，涉及岩石工程技术领域。该方法包括：获取剪切速率、基本摩擦角、法向应力和三维模型几何参数；确定速率相关的基本摩擦角和速率相关的峰值剪胀角；依据法向应力、速率相关的基本摩擦角和速率相关的峰值剪胀角，确定节理速率相关的峰值抗剪强度。该方法从剪切过程中实际接触节理三维粗糙度细观变化的角度出发，阐明了节理剪切强度率效应的物理机理，能考虑剪切速率与三维粗糙度快速获取节理速率相关的峰值抗剪强度。度快速获取节理速率相关的峰值抗剪强度。度快速获取节理速率相关的峰值抗剪强度。

【技术实现步骤摘要】
一种预测岩石节理速率相关的峰值抗剪强度方法和设备


[0001]本申请涉及岩石工程
，尤其涉及预测岩石节理速率相关的峰值抗剪强度方法和电子设备。

技术介绍

[0002]为了实施铁路、公路、天然气管线、水电站等基础设施项目，充分掌握岩体的力学特性是基本要求。天然岩体类属于极为复杂的地质种类，大量的褶皱、节理和层理等结构面存在于其内部。岩体的力学特性不仅仅取决于完整的岩石结构特性，更与节理的性质密切相关。岩石节理的剪切滑移失效，是诱发地震、硐室失稳、边坡滑坡等工程岩体动力灾害发生的重要诱因。
[0003]由于节理岩体所处的应力环境和外荷载类型的差异，岩石节理的剪切速率处在变化之中。由此申请人认为，剪切速率也成为影响节理动态剪切力学行为的重要因素。深入认识剪切速率对节理剪切力学行为源于国家重大岩石工程合理设计、施工以及合理支护的需求，具有鲜明的需求导向。现有的预测峰值抗剪强度的模型缺少对剪切速率条件的纳入，或对剪切速率条件的纳入仍处于较浅层次，没有形成全面深入的体系。现有技术对于实际情况中动态环境，不能准确地计算出动态条件下的峰值抗剪强度。
[0004]因此，如何计算动态条件下的贴近实际的峰值抗剪强度预测值，是需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种预测岩石节理速率相关的峰值抗剪强度方法和电子设备，以解决现有技术中如何计算动态条件下的贴近实际的峰值抗剪强度预测值的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本申请实施例采取了如下技术方案。
[0007]第一方面，本申请实施例提供一种预测岩石节理速率相关的峰值抗剪强度方法，包括：
[0008]获取剪切速率v、基本摩擦角法向应力σ
n
和抗压强度σ
c
；
[0009]建立节理面三维模型，节理面三维模型包括多个节理面微元，得到几何参数，几何参数包括节理面微元的有效剪切倾角θ
*
的最大值θ
*max
、所有节理面微元倾角大于0的面积总和与节理表面面积总和之比A0，描述节理面微元角度分布情况的公式拟合系数C；公式拟合系数C满足公式
[0010][0011]其中，为有效倾角大于θ
*
的所有微元面积与节理表面面积总和的比；
[0012]根据剪切速率v、法向应力σ
n
、抗压强度σ
c
、几何参数、预设的拟合系数D和公式
[0013][0014]确定速率相关的峰值剪胀角；
[0015]根据剪切速率v、基本摩擦角和速率相关的基本摩擦角关系式，确定速率相关的基本摩擦角
[0016]依据速率相关的基本摩擦角速率相关的峰值剪胀角i
p
(v)、法向应力σ
n
和公式
[0017][0018]确定节理速率相关的峰值抗剪强度τ(v)。
[0019]其中，速率相关的基本摩擦角关系式可以为：
[0020][0021]其中，v表示剪切速率，表示速率相关的基本摩擦角，表示基本摩擦角，A表示预设的与节理材料相关的系数。
[0022]建立节理面三维模型的步骤可包括：对所研究的节理面进行三维扫描，得到由X，Y，Z轴坐标表示的原岩节理点云数据；将原岩节理点云数据处理为三角形网格微元，作为节理面微元；分析节理面微元，得到节理面微元有效倾角θ
*
的最大值θ
*max
，以及所有节理面微元倾角大于0的面积总和与节理表面面积总和之比A0。
[0023]θ
*
可根据以下表达式计算出：
[0024]tanθ
*
＝
‑
tanθcosα；
[0025]其中，θ为节理面微元的倾角，α为节理面倾向与剪切方向的夹角。
[0026]θ和α可根据以下表达式计算出：
[0027][0028]其中，t为剪切方向矢量，n为节理面微元的单元外法线矢量，n0为剪切平面外法线矢量，n1为节理面微元的真倾角矢量方向在剪切平面的投影矢量。
[0029]第二方面，本申请实施例提供一种电子设备，用于执行第一方面的预测岩石节理速率相关的峰值抗剪强度方法。
[0030]第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序或指令，当该计算机程序或指令被计算装置执行时，实现第一方面的预测岩石节理速率相关的峰值抗剪强度方法。
[0031]相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：
[0032]本申请实施例提供的预测岩石节理速率相关的峰值抗剪强度方法、电子设备和存储介质，从剪切过程中实际接触节理三维粗糙度细观变化的角度出发，阐明了节理剪切强度率效应的物理机理，能考虑剪切速率与三维粗糙度快速获取节理速率相关的峰值抗剪强度。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0034]图1为本申请实施例提供的一种预测岩石节理速率相关的峰值抗剪强度方法的流程图；
[0035]图2为本申请实施例提供的一种节理面微元的几何关系示意图；
[0036]图3为本申请实施例提供的为了说明实际接触节理粗糙度的影响机理的示意图；
[0037]图4为本申请实施例提供的一种速率相关的峰值剪胀角的实验数据示意图；
[0038]图5为本申请实施例提供的一种速率相关的基本摩擦角的实验数据示意图。
具体实施方式
[0039]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0040]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0041]本申请的描述中，“剪切速率相关的”参数可以简称为“速率相关的”参数，抗剪强度也可称之为剪切强度。
[0042]当前尚未有清晰的剪切速率与形貌三维粗糙度对节理速率相关的峰值抗剪强度的耦合影响规律；速率相关的岩石节理抗剪强度模型大多为经验模型，物理机理尚不明确。即使有速率相关的岩石节理抗剪强度模型，也仅由二维粗糙度指标探究与剪切强度之间的关系。
[0043]针对节理速率相关的抗剪强度与变形特性进行试验研究，阐明其受力变形机理，提出速率相关的岩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预测岩石节理速率相关的峰值抗剪强度方法，其特征在于，包括：获取剪切速率v、基本摩擦角法向应力σ
n
和抗压强度σ
c
；建立节理面三维模型，所述节理面三维模型包括多个节理面微元，得到几何参数：所述节理面微元的有效剪切倾角θ
*
的最大值θ
*max
、所有所述节理面微元倾角大于0的面积总和与节理表面面积总和之比A0，描述所述节理面微元角度分布情况的公式拟合系数C；所述公式拟合系数C满足公式其中，A
θ*
为有效倾角大于θ
*
的所有微元面积与节理表面面积总和的比；根据所述剪切速率v、法向应力σ
n
、抗压强度σ
c
、所述几何参数、预设的拟合系数D和公式确定速率相关的峰值剪胀角；根据所述剪切速率v、所述基本摩擦角和速率相关的基本摩擦角关系式，确定速率相关的基本摩擦角依据所述速率相关的基本摩擦角所述速率相关的峰值剪胀角i
p
(v)、法向应力σ
n
和公式确定节理速率相关的峰值抗剪强度τ(v)。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，速率相关的基本摩擦角关系式为：其中，v表示剪切速率，表示所述速率相关的基本摩擦角，表示基本摩擦角，A表示预设的与...

【专利技术属性】
技术研发人员：班力壬，候宇航，郑栋，戚承志，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：