【技术实现步骤摘要】
本申请涉及岩土工程，尤其涉及一种深部复合结构岩体数值仿真方法及试样制备装置。
技术介绍
1、在岩石力学和岩土工程等领域，研究复合岩层的力学性质和行为是非常重要的。由于深部巷道复合结构的复杂性，直接在实际工程中进行试验往往代价巨大，风险较高。在复合岩层中非均匀的应力场，会导致其变形不均匀等问题。为了解决上述的难题，需要对复合顶板岩层组合进行力学性能及破坏机理研究。在完整岩石中预制各种不同规格的试样较为困难，难以满足试验精度，因此目前利用相似材料进行分层浇筑，分层铸捣，尽可能地模拟在自然成岩过程中岩石的堆叠和胶结过程。同时通过数值模拟对实验结果进行理论分析和预测。现有的岩石试样制备方法和数值模拟方法都存在一些问题：
2、(1)现有的岩石试样制备方法往往无法准确模拟自然岩石的复杂结构，特别是多角度复合岩层的结构。现有的浇筑模具结构简单，无法模拟不同角度、不同层次的复合岩层，这使得试样的结构和自然岩石的结构存在显著差异，从而影响了试验结果的准确性和可靠性。
3、(2)现有的数值模拟方法也存在一些问题。一方面，由于现有的模型过于简化，无法准确模拟复杂的岩石结构，尤其是复合岩层的结构。另一方面，现有的数值模拟方法对于孔隙率和粒径大小等重要参数的处理不够准确，无法准确地描述岩石的物理性质和力学行为。
4、因此，本申请提供一种深部复合结构岩体数值仿真方法及试样制备装置，以改进和优化现有技术的不足。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种深部复
2、本申请第一方面提供一种深部复合结构岩体数值仿真方法，包括以下步骤：s1根据地勘信息得到研究区的岩石倾角及高度比例，并确定其岩石种类及其基本力学参数；s2根据室内单轴压缩实验试样大小，建立相同尺寸的含倾角的多层状数值试验模型；s3设置接触模型，各岩层内接触模型设置为平行黏结模型pbm，并根据岩石的力学基本参数进行pbm参数的赋予，对于各岩层间接触模型设置为光滑节理模型sjm，参数根据层间力学基本参数进行sjm参数的赋予；s4施加轴向加载速度，进行单轴压缩实验。
3、例如，在一个实施例提供的深部复合结构岩体数值仿真方法中，所述根据地勘信息得到研究区的岩石倾角及高度比例，并确定其岩石种类及其基本力学参数，包括：s1.1根据地勘信息和地层剖面图进行详细的计算和分析，确定出各岩层的倾斜角度和相对高度；s1.2通过岩石样本的显微观察、化学分析、矿物鉴定手段，确定岩石种类后进行实验室室内试验，以确定岩石的基本力学参数，其中，岩石的基本力学参数包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量。
4、例如，在一个实施例提供的深部复合结构岩体数值仿真方法中，所述根据室内单轴压缩实验试样大小，建立相同尺寸的含倾角的多层状数值试验模型，包括：s2.1在pfc中建立标准试样尺寸模型，利用fish语言进入模型，输入中间层的高度与倾角，将角度转换为弧度，计算中间层四个角点的坐标，并输出节点坐标；s2.2将输出的所述节点坐标在pfc数值模拟软件中生成wall单元，将封闭的wall单元形成box单元；s2.3根据矿物的晶体颗粒级配在生成的所述box单元中生成不同岩层的颗粒，根据所述s1.2中岩层的性质，设置颗粒基本参数；s2.4根据不同岩石的力学信息与性质建立刚性簇，在不同层间的刚性簇数量不同；s2.5将所述s2.3中生成的不同岩层的颗粒试样中删除所述s2.2中生成的wall单元，完成模型的基本建立。
5、例如，在一个实施例提供的深部复合结构岩体数值仿真方法中，所述设置接触模型，各岩层内接触模型设置为平行黏结模型pbm，并根据岩石的力学基本参数进行pbm参数的赋予，对于各岩层间接触模型设置为光滑节理模型sjm，参数根据层间力学基本参数进行sjm参数的赋予，包括：s3.1根据测量得到的岩石基本力学参数进行模型的参数标定，确定模型接触的微观参数；s3.2将层内颗粒内部的接触模型设置为平行粘结模型pbm，并根据所述s3.1中模型接触的微观参数，将不同层间颗粒赋予对应的细观参数；s3.3在多层岩石模型中，考虑不同岩层之间的接触，为岩层间设置为光滑节理模型sjm，用来模拟岩石真实的胶结与堆叠，并赋予参数。
6、例如，在一个实施例提供的深部复合结构岩体数值仿真方法中，所述施加轴向加载速度，进行单轴压缩实验，包括：s4.1首先设定待加载的区域或界面，在上下加载单元施加轴向加载速度；s4.2加载过程中，实时监测和记录模型的响应；s4.3当模型达到预定的应力状态，或者出现预定的破坏模式时，停止加载，保存计算结果。
7、例如，在一个实施例提供的深部复合结构岩体数值仿真方法中，所述s2.1中将角度转换为弧度，计算中间层四个角点的坐标的计算方法为：
8、x1＝length/2-height×math.tan(angle)/2
9、x2＝length/2+height×math.tan(angle)/2
10、y1＝(width-height)/2
11、y2＝(width+height)/2
12、其中，(x1，y1)、(x2，y1)、(x1，y2)、(x2，y2)为中间层四个角点的坐标值。
13、本申请第二方面提供一种深部复合结构岩体试样制备装置，用于制备多角度复合岩层类岩石试样，包括底板、角度控制板及筑模组件，所述角度控制板位于所述底板上并通过调节件与所述底板活动连接，以调节所述角度控制板的倾斜角度；所述筑模组件垂设于所述角度控制板背离所述底板的表面并随所述角度控制板倾斜，所述筑模组件包括筑模筒，在所述筑模筒内设有压力传感器，用于控制和监测浇筑过程中的浆液高度，以制备多角度复合岩层类岩石试样。
14、例如，在一个实施例提供的深部复合结构岩体试样制备装置中，所述筑模组件还包括弧形挡板，位于所述筑模筒的一侧且所述弧形挡板的弧形凹槽与所述筑模筒贴靠，以固定和支撑所述筑模筒，所述弧形挡板的一端垂设于所述角度控制板背离所述底板的表面。
15、例如，在一个实施例提供的深部复合结构岩体试样制备装置中，所述调节件包括第一液压杆件和第二液压杆件，所述第一液压杆件的一端与所述角度控制板朝向所述底板的表面连接，另一端与所述底板的表面连接，以调节所述角度控制板的倾斜角度；所述第二液压杆件的一端与所述弧形挡板的外壁连接，另一端与所述底板的表面连接，以支撑所述筑模组件。
16、例如，在一个实施例提供的深部复合结构岩体试样制备装置中，在所述角度控制板上垂设有两组所述筑模组件，在所述筑模筒的内壁设有所述压力传感器，以控制试样的层间高度，在所述底板上设有与所述压力传感器电连接的显示器。
17、本申请一些实施例提供的一种深部复合结构岩体数值仿真方法及试样制备装置带来的有益效果为：本申请的深部复合结构岩体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种深部复合结构岩体数值仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述深部复合结构岩体数值仿真方法，其特征在于，所述根据地勘信息得到研究区的岩石倾角及高度比例，并确定其岩石种类及其基本力学参数，包括：
3.根据权利要求2所述深部复合结构岩体数值仿真方法，其特征在于，所述根据室内单轴压缩实验试样大小，建立相同尺寸的含倾角的多层状数值试验模型，包括：
4.根据权利要求1所述深部复合结构岩体数值仿真方法，其特征在于，所述设置接触模型，各岩层内接触模型设置为平行黏结模型PBM，并根据岩石的力学基本参数进行PBM参数的赋予，对于各岩层间接触模型设置为光滑节理模型SJM，参数根据层间力学基本参数进行SJM参数的赋予，包括：
5.根据权利要求1所述深部复合结构岩体数值仿真方法，其特征在于，所述施加轴向加载速度，进行单轴压缩实验，包括：
6.根据权利要求3所述深部复合结构岩体数值仿真方法，其特征在于，所述S2.1中将角度转换为弧度，计算中间层四个角点的坐标的计算方法为：
7.一种深部复合结构岩体试样制备装置
8.根据权利要求7所述深部复合结构岩体试样制备装置，其特征在于，所述筑模组件还包括弧形挡板，位于所述筑模筒的一侧且所述弧形挡板的弧形凹槽与所述筑模筒贴靠，以固定和支撑所述筑模筒，所述弧形挡板的一端垂设于所述角度控制板背离所述底板的表面。
9.根据权利要求8所述深部复合结构岩体试样制备装置，其特征在于，所述调节件包括第一液压杆件和第二液压杆件，所述第一液压杆件的一端与所述角度控制板朝向所述底板的表面连接，另一端与所述底板的表面连接，以调节所述角度控制板的倾斜角度；所述第二液压杆件的一端与所述弧形挡板的外壁连接，另一端与所述底板的表面连接，以支撑所述筑模组件。
10.根据权利要求7所述深部复合结构岩体试样制备装置，其特征在于，在所述角度控制板上垂设有两组所述筑模组件，在所述筑模筒的内壁设有所述压力传感器，以控制试样的层间高度，在所述底板上设有与所述压力传感器电连接的显示器。
...【技术特征摘要】
1.一种深部复合结构岩体数值仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述深部复合结构岩体数值仿真方法，其特征在于，所述根据地勘信息得到研究区的岩石倾角及高度比例，并确定其岩石种类及其基本力学参数，包括：
3.根据权利要求2所述深部复合结构岩体数值仿真方法，其特征在于，所述根据室内单轴压缩实验试样大小，建立相同尺寸的含倾角的多层状数值试验模型，包括：
4.根据权利要求1所述深部复合结构岩体数值仿真方法，其特征在于，所述设置接触模型，各岩层内接触模型设置为平行黏结模型pbm，并根据岩石的力学基本参数进行pbm参数的赋予，对于各岩层间接触模型设置为光滑节理模型sjm，参数根据层间力学基本参数进行sjm参数的赋予，包括：
5.根据权利要求1所述深部复合结构岩体数值仿真方法，其特征在于，所述施加轴向加载速度，进行单轴压缩实验，包括：
6.根据权利要求3所述深部复合结构岩体数值仿真方法，其特征在于，所述s2.1中将角度转换为弧度，计算中间层四个角点的坐标的计...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘学伟，姚文杰，刘滨，王赛，刘泉声，朱元广，康永水，郑志，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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