[发明专利]一种通用的椭圆盘模型表征岩体裂隙面的方法有效

专利信息
申请号: 202110456877.1 申请日: 2021-04-27
公开(公告)号: CN113240805B 公开(公告)日: 2022-04-12
发明(设计)人: 郑俊;郭吉超;王嘉伟;田哲祺;吕庆 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: G06T17/05 分类号: G06T17/05
代理公司: 杭州中成专利事务所有限公司 33212 代理人: 周世骏
地址: 310058 浙江*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 通用 椭圆 模型 表征 裂隙 方法
【说明书】:

发明涉及岩体离散裂隙网络技术,旨在提供一种通用的椭圆盘模型表征岩体裂隙面的方法。包括:中心点分布的表征;三维密度的表征;尺寸分布的表征;方位分布的表征;还可以进一步地通过蒙特卡洛模拟的方法利用所述表征内容进一步生成三维离散裂隙网络。相比于圆盘模型和传统椭圆盘模型,本发明具有更加广泛的适用性。相对于现有的椭圆盘模型,本发明引入关于方位的表征,使用新的参数旋转角,耦合了裂隙面的产状,因而能够构建椭圆盘长轴方向的概率密度分布函数。

技术领域

本发明涉及岩体离散裂隙网络领域,具体涉及一种通用的椭圆盘模型表征岩体裂隙面的方法。

背景技术

岩体是由岩石和结构面组成的,结构面是指具有极低的或没有抗拉强度的不连续面,包括裂隙、节理、断层等。结构面的尺寸、方位、密度等几何特征对岩体的变形、强度、渗透性等都有极其重要的影响。在自然界中,裂隙面部埋藏在岩体内,很难测得所有裂隙的几何特征,因此目前应用较为广泛的方法是:通过沿采样线的一维测量和二维的自然露头推测裂隙的三维特征,从而构建三维离散裂隙网络模型。

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,包括圆盘、椭圆盘、平行四边形、多边形等。上述模型中,圆盘模型参数单一,计算简单,成为最常用的模型。然而自然界中的裂隙面都是不规则的,而非等维的,所以圆盘模型的适用性就会降低。近几年来学者们发展了椭圆盘模型,假定椭圆盘的长短轴之比和长轴方向是固定的,这样也仅能适用于部分裂隙并非全部。而模拟裂隙面的形状与真实岩体是否相似是决定岩体渗流、变形、稳定的关键性因素之一。鉴于此,一个通用的椭圆盘模型亟需被建立。

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,提供一种通用的椭圆盘模型表征岩体裂隙面的方法。

为解决技术问题,本发明的解决方案是:

提供一种通用的椭圆盘模型表征岩体裂隙面的方法,包括:

(1)中心点分布的表征

采用泊松分布刻画岩体裂隙面的中心点分布;

(2)三维密度的表征

将裂隙的三维密度λv定义为单位体积岩体中的裂隙数量,通过下述公式求解:

式中,λl为一维线密度,E(·)为括号内函数的期望值;D为与裂隙等同面积的圆盘直径,n为每条裂隙的法向量,nm为所有裂隙的平均法向量。

若裂隙产状服从Fisher分布,三维密度λv可进一步表示为

式中,κ1为Fisher分布的集中参数。

(3)尺寸分布的表征

通过卡放检验获取椭圆盘的长轴和短长轴之比的分布形式,并以其用于描述椭圆盘的尺寸,短长轴之比的范围为0~1;

(4)方位分布的表征

椭圆盘在空间中的方位具有倾向α、倾角β和长轴方向这三个参数;

其中,裂隙面的倾向和倾角产状采用Fisher分布,其概率密度函数如下:

式中,κ1为Fisher分布的集中参数,αm、βm为位置参数;

定义裂隙面的最大下倾向线与椭圆长轴向下方向之间的夹角为旋转角γ,其范围从-π/2到π/2;在同一地质环境作用下,裂隙面的长轴会趋向于某一优势方向,故采用Von-Mises分布进行表征,其概率密度函数如下:

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