[发明专利]一种基于多测窗迹线信息构建通用椭圆盘DFN模型的方法

说明书

本发明涉及岩体离散裂隙网络领域，旨在提供一种基于多测窗迹线信息构建通用椭圆盘DFN模型的方法。该方法包括：获取岩体露头或隧道掌子面上的迹线信息；计算椭圆盘裂隙的几何参数构建通用椭圆盘三维离散裂隙网络模型，用于对岩体的定量化表征。本发明基于多测窗迹线信息的优化算法对椭圆盘的几何参数进行推导，进一步将其用于构建三维通用椭圆盘离散裂隙网络。本发明获得的三维通用椭圆盘离散裂隙网络，对实际岩体的表征效果要明显优于现存的非通用椭圆盘模型和圆盘模型。

技术领域

本发明涉及岩体离散裂隙网络领域，具体涉及一种基于多测窗迹线信息构建通用椭圆盘三维离散裂隙网络(DFN)模型的方法。

背景技术

岩体的复杂性主要表现为非连续性、非均质性和各向异性，而致使岩体具有这些性质的主要原因是岩体中存在大量的结构面。如何准确、精细地定量描述和表征结构面的几何特征，即构建岩体结构模型，是岩体工程定量分析的关键科学问题。目前公认的定量刻画和表征岩体结构面几何特征最有效的手段是构建三维离散裂隙网络(DFN)，三维DFN模拟的目标就是基于露头少量几何信息推导完整结构面三维几何信息(密度、尺寸和方位等)。

构建三维离散裂隙网络的首要步骤是假定裂隙面为一定的形状。由于数学上的便利，圆盘模型成为最广泛应用的模型。然而，实际岩体结构面的形状是复杂多样的，如有学者通过研究完全出露的结构面发现结构面更可能是椭圆而不是圆；还有相关研究表明不受地层边界等相邻地质构造影响的结构面多数是椭圆形(极少数为近似圆形)，受地层边界等相邻地质构造影响的结构面往往是矩形或类矩形。实际上，对于矩形、菱形、平行四边形和不规则多边形等各类形状的结构面，椭圆盘等效表征效果均明显好于圆盘，椭圆盘模型比圆盘模型具有更广泛的适用性。于是，一种通用的椭圆盘模型被提出，并将椭圆盘的几何参数均视为变量，包括中心点、尺寸(长轴和短长轴之比)和方位(产状和旋转角)等。

岩体露头上裂隙出露的方式有迹线型和结构面型，迹线型是大多数裂隙出露的方式，基于岩体露头的迹线信息推导结构面的三维几何信息是最常用的手段。但即便如此，目前在将迹线信息用于推导椭圆盘模型的尺寸和方位参数时，往往存在将椭圆盘的短长轴之比和旋转角假定为固定值的问题，导致最终获得的DFN模型不能很好地表征岩体中的裂隙。如果该问题不能得到解决的话，将直接影响到椭圆盘模型在岩体结构模型构建和岩体工程定量分析工作中的应用。

因此，为了推广通用椭圆盘模型的使用，提出一种新的适于通用的椭圆盘离散裂隙网络模型，是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于多测窗迹线信息构建通用椭圆盘DFN模型的方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于多测窗迹线信息构建通用椭圆盘DFN模型的方法，包括以下步骤：

(1)获取岩体露头或隧道掌子面上的迹线信息

利用摄影测量技术手段获取岩体露头或隧道掌子面上的迹线信息，进一步估算其中3个测窗上的迹长均值和标准差；

(2)计算椭圆盘裂隙的几何参数

根据公式(10)、(11)、(14)-(16)，利用Matlab软件计算得到参数k₂，γ_m，μ_k，σ_k；