一种围岩和充填体剪切错动试验方法与流程

本发明涉及地下工程安全，具体涉及一种围岩和充填体剪切错动试验方法。

背景技术：

1、近年来，充填采矿法越来越多地受到了矿山的青睐。充填体力学性能研究对矿山建设有着重要的工程价值，其中，岩体的抗剪切能力对于评价工程稳定性也有着重要意义。由于爆破凿岩等大应变率开挖手段的影响，采空区围岩会呈现出极大程度的不规则粗糙形态，充入采空区的充填料浆在良好流动性的前提下会与粗糙围岩紧密结合并固化，并在充填料浆与围岩间形成粗糙节理面。节理面是影响充填料-围岩复合体力学形态和性质的重要因素，在受到外部载荷时，节理面的存在会影响两侧岩石力学行为，从而造成潜在的安全隐患。

2、节理形貌粗糙系数(jrc)是衡节理粗糙度的重要参数，也是影响复合体力学行为的重要因素之一，节理表面一般随机且无规律，因此，如何揭示三维曲面jrc与充填体-围岩复合体剪切强度之间的规律，并研究粗糙节理面充填体-围岩复合体的剪切错动破坏特征，是本领域技术人员亟须解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种围岩和充填体剪切错动试验方法，本发明能够揭示三维曲面jrc与充填体-围岩复合体剪切强度之间的规律，并研究粗糙节理面充填体-围岩复合体的剪切错动破坏特征。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种围岩和充填体剪切错动试验方法，包括：

4、s10，试样制备：

5、制备两种不同的充填体-围岩复合体，分别为人工制造节理复合体和自由断裂节理复合体；

6、s20，获取三维数据：

7、充填体-围岩复合体通过三维激光形貌扫描仪进行整体扫描，获取断裂面完整的三维数据；

8、s30，获取三维表面云图：

9、将充填体-围岩复合体放入操作台后展开所有外表面的测量过程；

10、s40，分析结果：

11、将获取的三维云图导入至avizo软件完成后续分析过程，根据公式计算出断裂体的断裂体三维分形维数、剖面线jrc均值、剖面线二维分形维数均值和断裂面表面曲率。

12、优选的，s10中，人工制造节理复合体制作流程为：将巴顿曲线输入切割程序后，对标准花岗岩端面进行加工，加工后的试样与标准巴顿曲线展开比对，剔除较大差异的样品，根据十条巴顿标准曲线，每条曲线加工两个或多个试样，在已经加工好的花岗岩基础上浇筑同等高度的充填体，在室内环境固化48h后放入标准养护箱养护28d。

13、优选的，s10中，自由断裂节理复合体，将标准的花岗岩的岩板三点弯压裂后，获取断裂面表面形态，并在两块破坏试样的基础上采用与人工制造节理复合体相同的方法制作复合体。

14、优选的，s10中，选择盒分形维数法度量不同巴顿曲线的分形维数值，并基于公式jrc＝85.2671(d-1)0.5679完成jrc的量化。

15、优选的，在获得巴顿标准曲线后，编写matlab程序计算分形维数，从cad中获取所有多段线的线型并进行编号，之后将多段线转化为被matlab识别的矩阵格式，自动计算每条多段线的分形维数并输出数值，将分形维数的数值代入公式jrc＝85.2671(d-1)0.5679计算jrc并输出。

16、优选的，s30中，充填体-围岩复合体展开含dic设备的劈裂实验，dic设备包括加载设备、拍摄设备、照明设备和处理设备，试验过程如下：

17、s31，在试样表面喷上一层均匀白漆，待晾干后使用黑漆喷上均匀的散斑，再次晾干后准备进行试验；

18、s32，固定好拍摄设备和照明设备的位置，调节好各项参数并对焦；

19、s33，使用压力机进行加载试验，在加载试验开始的同一时刻进行拍摄，并同步将加载过程的荷载输入dic分析软件；

20、s34，将在加载过程中采集的图像导入dic分析软件进行分析，得出应变图。

21、优选的，s40中，avizo软件使用过程如下：

22、s41，对三维云图的坐标新重新定义并生成新实体；

23、s42，将三维表面云图转化为三维实体，方便后续切片和运算处理；

24、s43，通过切片定位断裂面波峰及波谷，依据得到的坐标裁剪掉断裂区以下的部分并生成新实体；

25、s44，在s43中生成的新实体基础上完成切面、计算分形维数和曲率参数和输出数据。

26、本发明的有益效果在于：

27、本发明建立了一套粗糙节理面三维建模流程，探究了基于巴顿曲线和自由节理面的充填体-围岩复合体剪切错动力学行为及破坏特征，基于巴顿曲线制作人工节理，分析标准节理面对复合体剪切错动破坏特征的影响，并通过自由断裂面制造复合体，探索三维曲面参数与jrc之间的联系以及度量复合体的围岩剪切错动破坏特征。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显。

技术特征：

1.一种围岩和充填体剪切错动试验方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种围岩和充填体剪切错动试验方法，其特征在于：s10中，人工制造节理复合体制作流程为：将巴顿曲线输入切割程序后，对标准花岗岩端面进行加工，加工后的试样与标准巴顿曲线展开比对，剔除较大差异的样品，根据十条巴顿标准曲线，每条曲线加工两个或多个试样，在已经加工好的花岗岩基础上浇筑同等高度的充填体，在室内环境固化48h后放入标准养护箱养护28d。

3.根据权利要求2所述的一种围岩和充填体剪切错动试验方法，其特征在于：s10中，自由断裂节理复合体，将标准的花岗岩的岩板三点弯压裂后，获取断裂面表面形态，并在两块破坏试样的基础上采用与人工制造节理复合体相同的方法制作复合体。

4.根据权利要求2所述的一种围岩和充填体剪切错动试验方法，其特征在于：s10中，选择盒分形维数法度量不同巴顿曲线的分形维数值，并基于公式jrc＝85.2671(d-1)0.5679完成jrc的量化。

5.根据权利要求4所述的一种围岩和充填体剪切错动试验方法，其特征在于：在获得巴顿标准曲线后，编写matlab程序计算分形维数，从cad中获取所有多段线的线型并进行编号，之后将多段线转化为被matlab识别的矩阵格式，自动计算每条多段线的分形维数并输出数值，将分形维数的数值代入公式jrc＝85.2671(d-1)0.5679计算jrc并输出。

6.根据权利要求1所述的一种围岩和充填体剪切错动试验方法，其特征在于：s30中，充填体-围岩复合体展开含dic设备的劈裂实验，dic设备包括加载设备、拍摄设备、照明设备和处理设备，试验过程如下：

7.根据权利要求1所述的一种围岩和充填体剪切错动试验方法，其特征在于：s40中，avizo软件使用过程如下：

技术总结
本发明公开了一种围岩和充填体剪切错动试验方法，属于地下工程安全技术领域，包括：试样制备：制备两种不同的充填体‑围岩复合体，分别为人工制造节理复合体和自由断裂节理复合体；获取三维数据：充填体‑围岩复合体通过三维激光形貌扫描仪进行整体扫描，获取断裂面完整的三维数据；获取三维表面云图：将充填体‑围岩复合体放入操作台后展开所有外表面的测量过程；分析结果：将获取的三维云图导入至AVIZO软件完成后续分析过程，根据公式计算出断裂体的断裂体三维分形维数、剖面线JRC均值、剖面线二维分形维数均值和断裂面表面曲率。本发明能够揭示三维曲面JRC与复合体剪切强度之间的规律，并研究粗糙节理面对复合体的剪切错动破坏特征。

技术研发人员：孙晓刚,薛田喜,张旭飞,臧洪源,刘涛,李磊,王瑜,李晨,郭奇峰
受保护的技术使用者：山东黄金矿业（莱州）有限公司焦家金矿
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1