[发明专利]一种裂隙岩石颗粒流模型构建及新生裂纹产状分析方法

说明书

本发明提供了一种裂隙岩石颗粒流模型构建及新生裂纹产状分析方法，涉及节理岩体研究技术领域，能够重构岩体细观模型，实现模型裂隙形态可控、设定简单、成本低廉，且对新生裂纹特征提取精度较高、准确可靠；该方法包括：S1、获取岩体表面数字图像；S2、图像预处理；S3、识别出岩体主要矿物组分并统计比例；S4、根据S3的结果，建立颗粒流模型并对模型参数进行标定；S5、在S4的颗粒流模型中设置裂隙模型；删除裂隙模型位置相应的球体颗粒，建立定向裂隙岩石模型；S6、进行新生裂纹位置和类型的追踪；S7、根据S6的追踪结果进行新生裂纹产状信息的统计和分析。本发明提供的技术方案适用于裂隙岩石的数值模拟试验研究的过程中。

技术领域

本发明涉及节理岩体研究技术领域，尤其涉及一种裂隙岩石颗粒流模型构建及新生裂纹产状分析方法。

背景技术

天然岩体中存在的微裂隙和宏观裂纹对地下工程结构的稳定性有着显著的影响。裂隙岩体的力学性质决定了岩体的强度和岩体受压破坏的机制，围岩的失稳和破坏往往是由这些内部裂隙的扩展和贯通诱发引起。花岗岩是自然界和岩石工程中十分常见的一类岩石，其力学行为必然受到矿物结构组成的影响。同时考虑花岗岩非均质矿物结构和裂隙存在，探究非均质裂隙花岗岩的强度特征和破坏模式，将有助于揭示工程岩体的破坏机制和失稳特征。

目前，裂隙岩石的研究仍以室内试验为主，裂隙岩体取样、预制裂隙精度控制和类岩石材料矿物颗粒黏结等问题均对研究结果产生影响。采用数值分析模型进行研究，能够考虑岩石中细观组分的类型和分布，便于探究微细观破裂的具体演化过程。近年来，数值模拟方法在岩石材料破坏研究方面应用广泛，能够以细观尺度上的本构关系模拟裂隙演化过程。颗粒流模拟法，再现了细观颗粒间的相互作用及演化特性主导颗粒材料的宏观力学行为，是预制裂隙岩体强度特征及裂隙扩展规律研究的有力工具。

在现有裂隙岩体变形破坏研究中，对岩石矿物的非均质结构与微裂隙扩展引起的岩石力学特性的研究尚不充分。预制裂隙模型是节理岩体力学性质研究的基本结构形式之一，定向裂隙和多裂隙之间的作用关系对裂隙岩体起控制作用。构建这种裂隙岩石结构模型对于开展裂隙岩石力学试验研究和指导实际工程具有重要的意义。因此，不论是科研需求还是应用需求，都需要研发一种新的裂隙模型构建及新生裂纹分析方法，以解决或减轻上述一个或多个问题，推动节理岩体力学性质的研究及应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种裂隙岩石颗粒流模型构建及新生裂纹产状分析方法，能够重构反映岩石非均质结构特征的细观模型，实现模型裂隙形态可控、设定简单、成本低廉，且对新生裂纹特征信息提取精度较高、准确可靠。

一方面，本发明提供一种裂隙岩石颗粒流模型构建及新生裂纹产状分析方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

S1、获取岩石试块表面数字图像；岩石试块可以是花岗岩或者片麻岩，在分析精度达到要求时也可以是其他岩石；

S2、对S1获取的图像进行预处理；

S3、针对预处理后的图像进行处理，识别出岩石试块的主要矿物组分并统计各组分所占的比例；

S4、根据S3的识别结果和统计结果，建立颗粒流模型并对模型参数进行标定；

S5、在S4的颗粒流模型中按所需尺寸和角度设置裂隙模型；删除裂隙模型位置相应的球体颗粒，建立定向裂隙岩石模型；

S6、进行新生裂纹位置和类型的追踪；

S7、根据S6的追踪结果，进行新生裂纹产状信息的统计和分析。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述岩石试块为方柱形岩石试块。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，预处理的内容包括平滑处理，以消除噪声影响。