[发明专利]一种粗糙随机型离散节理网络模型构建方法

摘要

本发明提供一种粗糙随机型离散节理网络模型构建方法，属于复杂节理岩体建模技术领域。该方法首先进行岩体结构面调查与信息识别，实现岩体结构面几何形态空间展布的数字表征，统计分析结构面几何产状信息的概率模型，然后根据表面形态，建立对应几何形态的随机粗糙几何的节理曲线，最后采用数字图像处理技术建立Matlab与力学分析软件PFC的模型接口，所建立的RDFN模型可通过3D打印机进行物理建模，为室内相似试验提供模型。该方法能够为更合理地研究节理岩体力学特性提供表征方法和模型基础，成果将为指导岩土工程施工、支护设计等提供科学依据。

主权项

1.一种粗糙随机型离散节理网络模型构建方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)岩体结构面调查与信息识别：在3GSM岩体结构面测量系统基础上，对空间分布不同级别结构面进行准确识别，实现岩体结构面几何形态空间展布的数字表征，统计分析结构面几何产状信息的概率模型；(2)根据步骤(1)识别得到的结构面几何产状信息，建立对应几何形态的随机粗糙几何的节理曲线，基于Matlab平台，采用Monte Carlo方法生成曲线型离散节理网络RDFN模型；(3)采用数字图像处理技术建立Matlab与力学分析软件PFC的模型接口，通过识别节理、岩石单元像素，根据像素位置，建立力学计算模型并导出PFC建模格式文件；同时，步骤(2)所建立的RDFN模型通过3D打印机进行物理建模，为室内相似试验提供模型；其中，所述步骤(2)中对应几何形态包括正弦型、三角型、矩形和分形型，上述几何形态的RDFN模型生成过程如下：(一)三角形RDFN建模：将每条节理均匀分段，在每一段中随机取波峰位置和波谷位置，同时随机取峰值和谷值；节理三角函数峰值是与迹长成比例的随机数，比例因子为0.05；节理分段数与每组节理的平均长度成比例，每组节理的不同节理的分段数相同，节理分布按照端点分布的统计结果进行模拟；(二)矩形RDFN建模：将每条节理均匀分段，在每一段中随机取波峰位置和波谷位置，同时随机取峰值和谷值；节理矩形函数峰值是与迹长成比例的随机数，比例因子为0.1；节理分段数与每组节理的平均长度成比例，每组节理的不同节理的分段数相同，节理分布按照端点分布的统计结果进行模拟；(三)分形型RDFN建模：将节理假定为一条直线，即为取迹长，用一随机点分割该直线，且假定为均匀随机点；在该点两侧用等分距dx等分直线，在Y方向上，采用分割点两侧各等分点相对前一等分点偏移量累加得Y值；节理分布按照中心点分布的统计结果进行模拟；(四)正弦型RDFN建模：首先在一定区域内生成随机分布中心点，中心点数目根据节理密度确定；根据节理迹长、倾角、中心点确定离散粗糙节理，方程由直线的函数转换成正弦型函数，或转变为其他几何分布函数，依此，建立正弦型RDFN模型。