申请/专利权人：中国科学院武汉岩土力学研究所

申请日：2021-05-25

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN114166656B

主分类号：G01N3/24

分类号：G01N3/24;G01N3/02;G01N1/36;G01B11/30;G01B11/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2022.03.29#实质审查的生效;2022.03.11#公开

摘要：本发明涉及基于三维形貌参数建立节理抗剪强度弱化本构模型的方法，本方法包括以下步骤：S1、含天然岩石节理面的人工节理试样的制备；S2、人工节理试样剪切试验；S3、扫描剪切试验后的节理面三维形貌，并对三维形貌特征进行量化表征，拟合出剪切过程中三维形貌的劣化规律；S4、构建基于三维形貌参数的节理抗剪强度弱化本构模型。本发明基于三维形貌参数建立的岩石节理抗剪强度弱化本构模型物理力学意义明确，可以准确地预测节理的峰后抗剪强度，可为数值模拟软件提供可靠的岩石节理模型，对于准确评估工程岩体的安全与稳定具有重要的理论研究意义和较高的工程应用价值。

主权项：1.基于三维形貌参数建立节理抗剪强度弱化本构模型的方法，其特征在于，包括以下步骤S1、对天然岩石节理面进行形貌扫描，通过对扫描得到的点云数据进行后处理得到节理面的三维数值模型，将数值模型导入3D打印机中，采用高分子材料PLA打印出节理面模具，通过该模具采用岩石相似性材料浇筑含天然岩石节理面的人工节理试样；S2、对人工节理试样进行不同法向应力、不同剪切位移的直剪试验，获取节理试件的抗剪强度数据；S3、扫描剪切试验后的节理面三维形貌，并对三维形貌特征进行量化表征，拟合出剪切过程中三维形貌的劣化规律；S4、根据节理面三维形貌参数与节理抗剪强度间的关系，构建基于三维形貌的节理抗剪强度弱化模型；所述S3中，所述三维形貌特征进行量化表征采用的是基于Grassilli形貌参数的三维粗糙度参数其中A0为最大接触面积比、为最大视倾角、C为粗糙度参数；在所述S3中，所述剪切过程中三维形貌的劣化规律表示为： 式中和分别为峰值和峰后剪切位置的节理三维粗糙度参数，fδ,σn代表与剪切位移δ和法向应力σn有关的衰减函数，其拟合方程为： 式中L为节理的长度，σn为节理上的法向应力，σc为材料的单轴抗压强度，D、n1、n2为与节理试样相关的参数，分别代表衰减系数、应力指数、位移指数；在所述S4中，所述节理面三维形貌参数与节理抗剪强度间的关系通过如下方程表示为： 式中为节理基本摩擦角，JMC为节理吻合系数，K1为峰前损伤系数，代表峰值处的节理面三维粗糙度参数，K2为比例系数；K1、K2均与法向应力σn相关，因此存在系数K使得： 式中：a、b为与节理面剪切试验相关的经验系数；由于所研究节理初始完全耦合，因此假定在峰值处节理面吻合系数JMC为1，则有： 式中：ip代表峰值剪切位置的节理剪胀角；所述S4中，所述基于三维形貌的节理抗剪强度弱化本构模型的表达式为： 式中JMCr为节理在剪切峰后处的吻合系数。

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权利要求：

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