[发明专利]一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律研究方法及系统

权利要求书

1.一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律研究方法，其特征在于，包括岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律研究系统，且研究系统包括：人工模拟岩体结构面试样制备子系统、结构面三维高程模型构建子系统、结构面直剪试验子系统；其中，

所述人工模拟岩体结构面试样制备子系统，包括：

小型切割机，用于切割天然岩体结构面样品，使之符合所述 结构面直剪试验子系统的剪切盒尺寸；

人工模拟岩体结构面试样制备模具，用于放置结构面模板；

所述结构面直剪试验子系统，包括：

自动控制结构面剪切仪，用以对试样进行控制法向和切向边界条件的直剪试验；

数据采集装置，用以采集结构面直剪试验的相关数据；

所述结构面三维高程模型构建子系统，包括：

三维激光扫描仪，用以对所述试验前后的结构面试样进行结构面表面三维点云数据的采集；

数据处理装置，用于根据采集到的结构面点云数据进行预处理，进而基于预处理后的点云数据构建结构面试样表面几何形态演化模型，基于所述表面几何形态演化模型，利用粗糙度定量评价方法，研究剪切破坏过程中结构面表面形态演化规律；

利用所述研究系统进行岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律研究的方法包括如下步骤：

步骤S1，采集天然岩体结构面样品，基于相似比理论，确定所述样品的参数配比，以制作与天然岩体结构面样品具有相似力学性质的类岩石材料；

步骤S2，根据所述类岩石材料以及所述参数配比，利用人工模拟结构面模具复制所述结构面样品，制作与所述结构面样品具有相同表面形态和相似力学性质的一组人工模拟结构面试样；

步骤S3，采用三维激光扫描仪采集人工模拟结构面试样的表面点云数据，建立其表面初始三维高程模型；

步骤S4，针对所述一组人工模拟结构面试样，在相同法向荷载条件下开展最大剪切位移各不相同的直剪试验，其中，各试样直剪试验的最大剪切位移称为“剪切位移研究点”；位移最大的所述“剪切位移研究点”应不小于试样沿剪切方向的长度L mm的10%；结构面试样在剪切位移0 mm至0.1L mm每1 mm设置不少于一个研究点，另外，通过直剪试验获取该试样在相应法向荷载条件下的剪切破坏应力应变曲线，进而获取其“峰值剪切位移”作为1个“剪切位移研究点”；

步骤S5，应用三维激光扫描仪采集剪切后的各结构面试样的表面点云数据，建立剪切后的三维高程模型，基于所述初始三维高程模型以及剪切后的三维高程模型建立所述结构面对应不同剪切位移的所述结构面试样表面几何形态演化模型；

步骤S6，基于所述表面几何形态演化模型，利用粗糙度定量评价方法，研究剪切破坏过程中所述结构面表面形态演化规律。

2.根据权利要求1所述的岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律研究方法，其特征在于，所述基于相似比理论，确定所述样品的参数配比，以制作与天然岩体结构面样品具有相似力学性质的类岩石材料，具体包括，通过调整硅酸盐水泥、石英砂、石膏和水的配比，以获取抗压强度、泊松比和弹性模量均和天然岩石相似的类岩石材料。

3.根据权利要求1所述的岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律研究方法，其特征在于，所述制作与所述结构面样品具有相同表面形态和力学性质的一组人工模拟结构面试样，具体包括，

步骤S2.1，针对天然岩体结构面，进行切割处理使之水平投影面符合直剪试验剪切盒的尺寸，以制备天然岩体结构面模板;

步骤S2.2，基于所述参数配比确定配比材料，浇注所述配比材料于结构面模板之上形成人工模拟结构面模板,其中，所述配比材料浇注于模具之内；

步骤S2.3，在人工模拟结构面模板上浇注配比材料，形成完全吻合的人工模拟岩体结构面试样。

4.根据权利要求1所述的岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律研究方法，其特征在于，所述针对所述一组人工模拟结构面试样，在相同法向荷载条件下开展最大剪切位移各不相同的直剪试验，还包括，所述各结构面试样在相同剪切方向上进行直剪试验，且各结构面直剪试验的法向荷载加载速率、剪切位移速率均一致。