一种基质充填破碎岩体的细观单元及数值试验参数校核方法

本发明属于基质充填破碎岩体力学理论和试验，尤其涉及一种基质充填破碎岩体的的数值试验参数校核方法。

背景技术：

1、基质充填破碎岩体作为一种重要的工程材料，如，土石混合体、注浆充填后的采动破碎岩体、尾矿矸石胶结充填体等，在边坡防护工程、深部能源开采等领域分布广泛，随着现代土木工程、矿山工程、地质工程等领域的迅速发展，其力学特性及力学行为的研究越来越得到重视。基质充填破碎岩体受到基质、块体及基质-块石异性界面力学特性的多重作用，现有的工程分析方法在基质充填破碎岩体的复杂性时，无法提供足够的准确性和效率，尤其是在复杂环境下具有非常规胶结性质的基质充填破碎岩体，这一问题更加突出。

2、在基质充填破碎岩体的强度参数测定中，常规试验方法(如三轴剪切试验、直剪试验等)受到样本制备、实验环境及操作人员经验等诸多因素的影响，试验周期长，且导致结果的可靠性和一致性较差，仅依赖宏观测试数据具有较强的经验性，因此往往很难剥离出某一因素对基质充填破碎岩体整体力学行为的影响规律。

3、数值试验可重复性强、可视化结果好，在基质充填破碎岩体力学的研究中具有较好的支撑和辅助作用。非均质数值模型参数校准是基质充填破碎岩体数值试验的关键步骤，现有技术存在明显的局限性。现有标定方法存在以下几类：一是将基质充填破碎岩体视为均质连续体，不符合其细观结构特征，参数标定不科学，无法真实复刻内在破坏过程；二是采用随机投放算法生成块体的随机形状和分布，分别对进行组分参数经验标定，由于数值模型的结构信息和真实结构往往存在出入，导致参数标定失真；三是通过ct等无损探测技术获得基质充填破碎岩体试验前的结构信息，之后开展参数标定，但处理代价大、周期长。因此，工程应用中实现基质充填破碎岩体强度参数的快速测定，同时实现数值试验细观参数的高效校准尤为重要。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种基质充填破碎岩体的细观单元及数值试验参数校核方法，以实现快速、准确地测定基质充填破碎岩体的强度参数，并为工程实践中复杂胶结条件下的基质充填破碎岩体的数值试验参数标定提供新的解决方案,以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基质充填破碎岩体的细观单元及数值试验参数校核方法，包括：

3、获取细观非均质单元的组分和结构形式并分别进行非均质单元和各组分的室内制备；

4、设定试验工况，基于所述试验工况对所述非均质单元和各组分进行力学测试；

5、分别构建非均质单元和各组分的数值模型，根据力学测试结果对各组分的数值模型进行参数标定，基于标定后的参数和所述非均质单元进行数值试验，通过数值试验结果对标定后的参数进行校准。

6、可选的，还包括：根据基质充填破碎岩体真实结构进行建模，获得基质充填破碎岩体的数值模型；将校准后的参数赋予基质充填破碎岩体数值模型进行模拟试验，根据试验结果对非均质单元的力学属性进行反向评估。

7、可选的，所述细观非均质单元的组分包括胶结基质、块石母岩、基质-块石界面。

8、可选的，所述基质-块石界面包括上覆胶结基质、下覆块石及异性界面。

9、可选的，非均质单元的制备过程包括：采用胶结基质充填模具的50％体积后，将块石夹杂置于中心位置，按压块石使其50％部分侵入基质中，再充填剩余基质。

10、可选的，设定试验工况，基于所述试验工况对所述非均质单元和各组分进行力学测试的过程包括：

11、基质-块石界面采用剪切试验获取基础力学参数；所述非均质单元和各组分的力学测试的试验工况与基质充填破碎岩体研究工况相同，基于试验工况获得力学测试结果。

12、可选的，根据力学测试结果对各组分的数值模型进行参数标定的过程包括：

13、基于各组分的力学测试结果对胶结基质数值模型和块石夹杂数值模型进行标定，将标定完成后的参数提供给基质-块石界面，根据各组分的力学测试结果对异性界面的接触参数进行标定。

14、可选的，将各组分标定后的参数赋予所述非均质单元的数值模型，进行数值试验，通过对比数值试验结果和室内实验结果校准标定后的参数。

15、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

16、本发明提供了一种基质充填破碎岩体的细观单元及数值试验参数校核方法，首先确定细观非均质单元的组分和结构形式；再分别进行非均质单元和各组分的室内制备；设定试验工况，基于试验工况对非均质单元和各组分进行力学测试；分别构建非均质单元和各组分的数值模型，根据力学测试结果对各组分的数值模型进行参数标定，基于标定后的参数和非均质单元进行数值试验，通过数值试验结果对标定后的参数进行校准。

17、本发明提供的一种基质充填破碎岩体细观力学单元，以及以该单元为基础做出的创造性试验技术，利用细观力学单元模型和相应的验证方法，可以显著降低由环境、操作人员以及样本制备带来的试验不确定性，为工程提供更加可靠的力学参数和数据支持，克服了当前基质充填破碎岩体数值试验中细观参数校准方法的明显缺陷。

1.一种基质充填破碎岩体的细观单元及数值试验参数校核方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基质充填破碎岩体的细观单元及数值试验参数校核方法，其特征在于，还包括：根据基质充填破碎岩体真实结构进行建模，获得基质充填破碎岩体的数值模型；将校准后的参数赋予基质充填破碎岩体数值模型进行模拟试验，根据试验结果对非均质单元的力学属性进行反向评估。

3.根据权利要求1所述的基质充填破碎岩体的细观单元及数值试验参数校核方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的基质充填破碎岩体的细观单元及数值试验参数校核方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的基质充填破碎岩体的细观单元及数值试验参数校核方法，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的基质充填破碎岩体的细观单元及数值试验参数校核方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的基质充填破碎岩体的细观单元及数值试验参数校核方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的基质充填破碎岩体的细观单元及数值试验参数校核方法，其特征在于，