一种峰值抗剪强度的预测方法、装置及电子设备

本技术涉及岩石工程，具体而言，涉及一种峰值抗剪强度的预测方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、当节理表面不够粗糙、使节理闭合的法向压力水平较低时，节理可能会在扰动作用下发生剪切错动，从而导致工程失稳破坏。因此岩石节理的剪切行为性质一直是国内外学者研究的热点。岩体节理的剪切强度是度量岩体稳定性、反映剪切行为的重要因素，自patton基于剪胀效应首次将起伏角引入摩尔-库仑公式提出双线性剪切强度公式以来，国内外学者相继提出了许多在常法向应力下的节理峰值剪切强度公式。

2、相关技术中，岩体接触面两侧节理壁面强度不同时，峰值抗剪强度预测模型的估算值较试验值往往偏小或偏大，这直接影响了工程设计的稳定性和安全性。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种峰值抗剪强度的预测方法、装置及电子设备，用以实现考虑不同上下盘节理强度的作用，提高节理峰值抗剪强度预测准确性的技术效果。

2、本技术实施例第一方面提供了一种峰值抗剪强度的预测方法，所述方法用于预测具有不同上下盘岩石类型的岩石节理的峰值抗剪强度，所述方法包括：

3、获取上盘岩石抗压强度和下盘岩石抗压强度；

4、基于所述上盘岩石抗压强度和所述下盘岩石抗压强度，确定等效单轴抗压强度；

5、获取峰值抗剪强度预测模型和输入参数，所述输入参数包括节理面的法向应力、基本摩擦角、节理面三维形貌参数以及所述等效单轴抗压强度，所述节理面三维形貌参数包括节理面微元的有效倾角的最大值、预设公式拟合系数以及目标节理面微元的面积占比；

6、将所述输入参数输入所述峰值抗剪强度预测模型中，得到预测的峰值抗剪强度。

7、在上述实现过程中，基于上盘岩石抗压强度和下盘岩石抗压强度，确定节理的等效单轴抗压强度，利用预先训练好的峰值抗剪强度预测模型，将包含等效单轴抗压强度在内的输入参数输入到峰值抗剪强度预测模型中，得到预测的峰值抗剪强度。实现具有不同上下盘岩石类型的岩石节理的峰值抗剪强度预测。

8、进一步地，所述基于所述上盘岩石抗压强度和所述下盘岩石抗压强度，确定等效单轴抗压强度，包括：

9、基于所述上盘岩石抗压强度和所述下盘岩石抗压强度，确定壁面强度系数与目标抗压强度；

10、利用所述壁面强度系数修正所述目标抗压强度，得到所述等效单轴抗压强度。

11、在上述实现过程中，通过考虑上盘和下盘岩石的抗压强度，首先计算出一个代表性的壁面强度系数，然后利用这个系数对目标抗压强度进行调整，最终得到一个更加准确反映地质实际情况的等效单轴抗压强度值。

12、进一步地，所述壁面强度系数、所述目标抗压强度以及所述等效单轴抗压强度满足以下关系：

13、σc-eq＝σc-soft(ασc^0.14)；

14、其中，σc-eq为所述等效单轴抗压强度，σc-soft为所述目标抗压强度，ασc为所述壁面强度系数。

15、在上述实现过程中，通过上述关系式得到等效单轴抗压强度。

16、进一步地，在所述获取峰值抗剪强度预测模型和输入参数之前，还包括：

17、根据节理面三维模型，得到所述节理面三维形貌参数，所述节理面三维模型包括多个节理面微元。

18、在上述实现过程中，在建立峰值抗剪强度预测模型的过程中，首先通过分析节理面的三维模型来提取关键的形貌参数，这一前期步骤是整个预测框架的基础。

19、进一步地，所述根据节理面三维模型，得到所述节理面三维形貌参数，包括：

20、获取节理面数据；

21、根据所述节理面数据，得到节理点云数据；

22、根据所述节理点云数据，得到所述多个节理面微元；

23、基于所述节理面微元，确定所述节理面三维形貌参数。

24、在上述实现过程中，首先获取节理面的详细信息，利用所得数据，通过三维重建技术将节理面转化为点云形式。基于节理点云数据，对节理面进行网格化处理，划分成多个微小的节理面单元，在得到的节理面微元基础上，进一步分析并计算出描述节理面三维结构特性的参数。这一系列步骤提升了对节理面物理特性的理解深度，为后续抗剪强度分析提供了决策支持。

25、进一步地，所述预设公式拟合系数包括所述节理点云数据在不同剪切方向上的多个拟合系数。

26、在上述实现过程中，拟合系数的获得，特别是针对不同剪切方向的特定系数，能显著提升预测模型对节理面峰值抗剪强度的预测精度。这些系数作为输入参数，使得预测模型能够更好地适应复杂地质结构中的力学变化，提高预测准确度。

27、进一步地，所述峰值抗剪强度预测模型满足公式

28、

29、其中，τ为所述预测的峰值抗剪强度，σn为所述节理面的法向应力，为所述基本摩擦角，为所述节理面微元的有效倾角的最大值，σc-soft为所述目标抗压强度，ασc为所述壁面强度系数，a0为所述目标节理面微元的面积占比，c为所述预设公式拟合系数。

30、在上述实现过程中，提出了峰值抗剪强度预测模型的具体表达式，通过该表达式实现峰值抗剪强度的预测。

31、本技术实施例第二方面提供了一种装置，所述装置包括：

32、获取模块，用于获取上盘岩石抗压强度和下盘岩石抗压强度；

33、计算模块，用于基于所述上盘岩石抗压强度和所述下盘岩石抗压强度，确定等效单轴抗压强度；

34、所述获取模块，还用于获取峰值抗剪强度预测模型和输入参数，所述输入参数包括节理面的法向应力、基本摩擦角、节理面三维形貌参数以及所述等效单轴抗压强度，所述节理面三维形貌参数包括节理面微元的有效倾角的最大值、预设公式拟合系数以及目标节理面微元的面积占比；

35、处理模块，用于将所述输入参数输入所述峰值抗剪强度预测模型中，得到预测的峰值抗剪强度。

36、在上述实现过程中，装置的获取模块收集上盘与下盘岩石的抗压强度数据，基于这两项数据，计算模块计算出一个综合的等效单轴抗压强度值，以统一衡量岩石的整体抗压性能。获取模块进一步获取峰值抗剪强度预测模型及其所需的输入参数，包括节理面的法向应力、基本摩擦角、节理面的三维形貌参数(如有效倾角最大值、特定拟合系数、目标微元面积占比)和等效单轴抗压强度。最后，处理模块将这些输入参数输入到预测模型中，通过模型算法处理，输出预测的峰值抗剪强度。通过整合上、下盘岩石的力学性能，计算等效单轴抗压强度，实现了对岩体整体稳定性的更全面评估，引入节理面的三维形貌参数，特别是考虑有效倾角、微元面积占比及特定拟合系数，大大提高了预测模型的精细化程度，能够更准确反映复杂地质条件下节理面的真实力学行为。

37、本技术实施例第三方面提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

38、处理器；

39、用于存储处理器可执行指令的存储器；

40、其中，所述处理器调用所述可执行指令时实现第一方面任一所述的方法。

41、本技术实施例第四方面提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一所述的方法。