一种模拟岩爆试件破坏过程的方法、装置和电子设备

摘要

本发明公开了一种模拟岩爆试件破坏过程的方法、装置和电子设备。根据岩爆试验中采用的岩爆试件构建同比例的岩爆试件模型；将岩爆试件模型沿临空面方向、按照预设破裂比进行一级破裂模拟，得到一级岩爆碎屑模型；将一级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与一级破裂模拟相同的破裂比和预设破裂概率进行二级破裂模拟，得到二级岩爆碎屑模型；将二级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与二级破裂模拟相同的破裂比和破裂概率进行三级破裂模拟，得到三级岩爆碎屑模型；照此进行逐级破裂模拟，至粒径大于预设值的岩爆碎屑模型的数量达到阈值。因此，本发明提供的方法可以模拟岩爆试验过程中沿临空面方向的破裂，有利于岩爆碎屑耗能计算和岩爆机理的研究。

权利要求

1.一种模拟岩爆试件破坏过程的方法，其特征在于，包括：根据岩爆试验中采用的岩爆试件构建同比例的岩爆试件模型，并将所述岩爆试件模型的任一侧面选为岩爆模拟的临空面；

将岩爆试件模型沿临空面方向、按照预设破裂比进行一级破裂模拟，得到一级岩爆碎屑模型；

将所述一级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与一级破裂模拟相同的破裂比和预设破裂概率进行二级破裂模拟，得到二级岩爆碎屑模型；

将所述二级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与二级破裂模拟相同的破裂比和破裂概率进行三级破裂模拟，得到三级岩爆碎屑模型；照此进行逐级破裂模拟，至粒径大于预设值的岩爆碎屑模型的数量达到阈值；

所述破裂比根据岩爆试验得到的岩爆碎屑尺度分布的分形特征进行确定；

所述破裂比根据在不同岩爆试验条件下得到的岩爆碎屑粒径级配的均匀性进行确定；

所述破裂概率根据岩爆试验得到的岩爆碎屑数量进行确定。

2.一种模拟岩爆试件破坏过程的装置，其特征在于，包括：岩爆试件模型构建模块，用于根据岩爆试验中采用的岩爆试件构建同比例的岩爆试件模型，并将所述岩爆试件模型的任一侧面选为岩爆模拟的临空面；

一级破裂模拟模块，用于将岩爆试件模型沿临空面方向、按照预设破裂比进行一级破裂模拟，得到一级岩爆碎屑模型；

二级破裂模拟模块，用于将所述一级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与一级破裂模拟相同的破裂比和预设破裂概率进行二级破裂模拟，得到二级岩爆碎屑模型；

三级及以上破裂模拟模块，用于将所述二级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与二级破裂相同的破裂比和破裂概率进行三级破裂模拟，得到三级岩爆碎屑模型；照此进行逐级破裂模拟，至粒径大于预设值的岩爆碎屑模型的数量达到阈值；

所述破裂比根据岩爆试验得到的岩爆碎屑尺度分布的分形特征进行确定；

所述破裂比根据在不同岩爆试验条件下得到的岩爆碎屑粒径级配的均匀性进行确定；

所述破裂概率根据岩爆试验得到的岩爆碎屑数量进行确定。

3.一种存储器，其特征在于，存储有多条指令，所述指令用于实现如权利要求1所述的方法。

4.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有多条指令，所述指令可被所述处理器加载并执行，以使所述处理器能够执行如权利要求1所述的方法。

说明书

一种模拟岩爆试件破坏过程的方法、装置和电子设备

技术领域

[0001] 本发明涉及岩爆技术领域，尤其涉及一种模拟岩爆试件破坏过程的方法、装置和电子设备。

背景技术

[0002] 岩爆是高地应力条件下，地下工程开挖过程中或开挖后发生的一种突发性地质灾害，一般指能量岩体沿开挖临空面瞬间释放能量的非线性动力学现象。岩爆过程中岩石破
裂引起的能量急剧释放是造成岩爆灾害现象的根本原因，主要表现为岩石碎块破裂、弹射
等。开展室内实验是进行岩爆机理研究的重要手段，建立岩爆破坏模型可以用来分析岩爆
发生时的岩石破裂过程及破裂过程中的能量消耗。

[0003] 目前，岩石破碎模型主要有两种：一种是矿岩的风化、爆破研究领域的零级颗粒粉碎模型，如附图1所示，假设粉碎颗粒外形为立方体，粉碎群体是由有限数量的零级粉碎颗
粒堆积而成的集合体，并认为每一级的粉碎颗粒形状都是小正方体，并且假设新的碎裂颗
粒随机分布在正方体的任何可能位置。另一种是剪切抛掷型岩爆研究领域的剪切抛掷型模
型，如附图2所示，假设岩爆为极强岩爆（破裂面皆为剪切破坏），除岩爆区岩体外，周围岩体
保持完整，两组潜在剪切破裂面与水平面的夹角相同，并且剪切破坏区为V型上下对称结
构。

[0004] 在岩爆实验过程中突然卸载后会形成临空面，岩爆碎屑向临空面方向弹射同时试件产生破裂，而零级颗粒粉碎模型在各个方向上产生破裂是随机的，所以零级颗粒粉碎模
型不能用于模拟岩爆实验岩石试件的破裂过程。由于受实验系统刚度、材料均质性影响，剪
切抛掷型模型模拟的岩爆状态在岩爆实验中实现难度较大。因此，上述两种岩石破碎模型
均不能用于模拟岩爆实验过程中由于能量沿临空面方向释放导致的岩石破裂现象，对岩爆
碎屑耗能计算和岩爆机理研究造成一定的困难。

发明内容

[0005] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了如下技术方案。

[0006] 本发明一方面提供了一种模拟岩爆试件破坏过程的方法，包括：

[0007] 根据岩爆试验中采用的岩爆试件构建同比例的岩爆试件模型，并将所述岩爆试件模型的任一侧面选为岩爆模拟的临空面；

[0008] 将岩爆试件模型沿临空面方向、按照预设破裂比进行一级破裂模拟，得到一级岩爆碎屑模型；

[0009] 将所述一级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与一级破裂模拟相同的破裂比和预设破裂概率进行二级破裂模拟，得到二级岩爆碎屑模型；

[0010] 将所述二级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与二级破裂模拟相同的破裂比和破裂概率进行三级破裂模拟，得到三级岩爆碎屑模型；照此进行逐级破裂模拟，至粒径大于预
设值的岩爆碎屑模型的数量达到阈值。

[0011] 优选地，所述破裂比根据岩爆试验得到的岩爆碎屑尺度分布的分形特征进行确定。

[0012] 优选地，所述破裂比根据在不同岩爆试验条件下得到的岩爆碎屑粒径级配的均匀性进行确定。

[0013] 优选地，所述破裂概率根据岩爆试验得到的岩爆碎屑数量进行确定。

[0014] 本发明第二方面提供了一种模拟岩爆试件破坏过程的装置，包括：

[0015] 岩爆试件模型构建模块，用于根据岩爆试验中采用的岩爆试件构建同比例的岩爆试件模型，并将所述岩爆试件模型的任一侧面选为岩爆模拟的临空面；

[0016] 一级破裂模拟模块，用于将岩爆试件模型沿临空面方向、按照预设破裂比进行一级破裂模拟，得到一级岩爆碎屑模型；

[0017] 二级破裂模拟模块，用于将所述一级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与一级破裂模拟相同的破裂比和预设破裂概率进行二级破裂模拟，得到二级岩爆碎屑模型；

[0018] 三级及以上破裂模拟模块，用于将所述二级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与二级破裂相同的破裂比和破裂概率进行三级破裂模拟，得到三级岩爆碎屑模型；照此进行
逐级破裂模拟，至粒径大于预设值的岩爆碎屑模型的数量达到阈值。

[0019] 优选地，所述破裂比根据岩爆试验得到的岩爆碎屑尺度分布的分形特征进行确定。

[0020] 优选地，所述破裂比根据在不同岩爆试验条件下得到的岩爆碎屑粒径级配的均匀性进行确定。

[0021] 优选地，所述破裂概率根据岩爆试验得到的岩爆碎屑数量进行确定。

[0022] 本发明第三方面提供了一种存储器，存储有多条指令，所述指令用于实现上述的方法。

[0023] 本发明第四方面提供了一种电子设备，包括处理器和与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有多条指令，所述指令可被所述处理器加载并执行，以使所述处理器能
够执行上述的方法。

[0024] 本发明的有益效果是：本发明提供的模拟岩爆试件破坏过程的方法、装置和电子设备，通过构建岩爆试件模型并选择临空面，沿临空面方向、按照一定的破裂比和破裂概率
对完整的岩爆试件模型进行逐级破裂，实现对岩爆试件破坏过程的模拟。因此，本发明提供
的方法可以用于模拟岩爆试验过程中由于能量沿临空面方向释放导致的岩石破裂现象，有
利于岩爆碎屑耗能计算和岩爆机理的研究。

附图说明

[0025] 图1为现有的零级颗粒粉碎模型示意图；

[0026] 图2为现有的剪切抛掷型模型示意图；

[0027] 图3为本发明所述模拟岩爆试件破坏过程的方法流程示意图；

[0028] 图4为本发明实施例所述岩爆试件模型按照破碎比r=3，P=9/(33)的临空面三级破裂过程示意图；

[0029] 图5为本发明实施例所述岩爆试件模型按照破碎比r=3，P=1/(33)的临空面中心的三级破裂过程示意图；

[0030] 图6为本发明所述模拟岩爆试件破坏过程的装置结构示意图。

具体实施方式

[0031] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

[0032] 本发明提供的方法可以在如下的终端环境中实施，该终端可以包括一个或多个如下部件：处理器、存储器和显示屏。其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器
加载并执行以实现下述实施例所述的方法。

[0033] 处理器可以包括一个或者多个处理核心。处理器利用各种接口和线路连接整个终端内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调
用存储在存储器内的数据，执行终端的各种功能和处理数据。

[0034] 存储器可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read‑Only Memory，ROM)。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令。

[0035] 显示屏用于显示各个应用程序的用户界面。

[0036] 除此之外，本领域技术人员可以理解，上述终端的结构并不构成对终端的限定，终端可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。比如，终端中还
包括射频电路、输入单元、传感器、音频电路、电源等部件，在此不再赘述。

[0037] 实施例一

[0038] 如图3所示，本发明实施例提供了一种模拟岩爆试件破坏过程的方法，包括：

[0039] S101，根据岩爆试验中采用的岩爆试件构建同比例的岩爆试件模型，并将所述岩爆试件模型的任一侧面选为岩爆模拟的临空面；

[0040] S102，将岩爆试件模型沿临空面方向、按照预设破裂比进行一级破裂模拟，得到一级岩爆碎屑模型；

[0041] S103，将所述一级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与一级破裂模拟相同的破裂比和预设破裂概率进行二级破裂模拟，得到二级岩爆碎屑模型；

[0042] S104，将所述二级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与二级破裂模拟相同的破裂比和破裂概率进行三级破裂模拟，得到三级岩爆碎屑模型；照此进行逐级破裂模拟，至粒径
大于预设值的岩爆碎屑模型的数量达到阈值。

[0043] 本发明提供的上述方法具有如下有益效果：

[0044] 通过对岩爆试件模型沿临空面方向进行逐级破裂，模拟了岩爆试验中岩爆试件在沿临空面方向形成优势破裂面的破裂特征，解决了现有岩石破裂模型无法模拟岩爆实验过
程中能量沿临空面方向释放导致的岩石破裂现象的问题；

[0045] 通过按照预设破裂比和破裂概率进行破裂，模拟了在不同的岩爆试验条件（试件岩性、尺寸大小、尺寸比例以及加卸载应力水平、控制速率等）下，由于岩爆发生的剧烈程度
有较大的差异，导致试件临空面不同范围及不同深度的破裂现象；

[0046] 通过设置不同的破裂比和破裂概率，模拟了岩爆试件破裂的碎屑尺寸多样，在一定范围内具有一定分形特征分布的破裂特点。

[0047] 执行步骤S101，岩爆试验所采用的岩爆试件的基本尺寸一般为150×60×30mm，构建同比例的岩爆试件模型，且岩爆试件模型由多个基本单元体拼接构成，各基本单元体为
相同比例的长方体。

[0048] 为了模拟岩爆试验中破坏发生在临空面的现象，将岩爆试件的任一个侧面选为模拟岩爆发生的临空面。

[0049] 执行步骤S102， 首先确定破裂比，然后，将岩爆试件模型沿临空面方向、按照预设破裂比进行一级破裂模拟，得到一级岩爆碎屑模型。

[0050] 其中，破裂比可以根据岩爆试验得到的岩爆碎屑尺度分布的分形特征进行确定。经过观测岩爆试验所得岩爆碎屑，发现岩爆破坏产生的碎屑尺度分布具有分形特征，碎块
大小、质量等具有自相似的几何特征，可以据此确定破裂比r。

[0051] 进一步地，所述破裂比可以根据在不同岩爆试验条件下得到的岩爆碎屑粒径级配的均匀性进行确定。在不同岩爆试验条件下岩爆碎屑粒径级配越均匀，确定的破裂比r值越
小。

[0052] 执行步骤S103，首先确定破裂概率，然后将所述一级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与一级破裂模拟相同的破裂比和预设破裂概率进行二级破裂模拟，得到二级岩爆碎屑
模型。

[0053] 其中，破裂概率可以根据岩爆试验得到的岩爆碎屑数量进行确定。破裂概率P的取值范围一般为0 1。
~

[0054] 执行步骤S104，将所述二级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与二级破裂模拟相同的破裂比和破裂概率进行三级破裂模拟，得到三级岩爆碎屑模型；照此进行逐级破裂模
拟，至粒径大于预设值的岩爆碎屑模型的数量达到阈值。

[0055] 可见，采用本发明提供的方法，自完整岩爆试件模型开始，在其临空面方向逐级发生破裂，随着破裂级数的增加，形成尺寸不同的岩爆碎屑。

[0056] 其中，一级破裂模拟过程是沿岩爆试件模型的临空面方向进行的，而且决定一级破裂模拟深度和范围的是预设破裂比。

[0057] 二级破裂模拟过程是沿一级岩爆碎屑模型的临空面方向进行的，而且决定二级破裂模拟深度和范围的是与一级破裂模拟相同的破裂比和预设破裂概率。

[0058] 三级破裂模拟过程是沿二级岩爆碎屑模型的临空面方向进行的，而且决定三级破裂模拟深度和范围的是与二级破裂模拟相同的破裂比和破裂概率。

[0059] 自此，四级破裂模拟、五级破裂模拟、……n级破裂模拟均按照与三级破裂模拟相同的方法进行，即，下一级的破裂模拟都是沿上一级岩爆碎屑模型的临空面方向进行的，而
且决定下一级破裂模拟深度和范围的是与二级破裂模拟相同的破裂比和破裂概率。

[0060] 作为一个实施例，比如，构建岩爆试件模型，其高度、长度、宽度的比例为H:L:B =5:2:1，岩爆试件模型由多个基本单元体构成，且基本单元体均为长方体。破坏前的完整岩
爆试件模型看作零级破裂，岩爆试件模型沿临空面方向、按照预设破裂比r进行一级破裂模
拟，得到一级岩爆碎屑模型，该一级岩爆碎屑模型的边长减少为岩爆试件模型边长的r分之
3
一（例如r=3），形成的一级岩爆碎屑模型的体积为1/r（1/27），见附图3、4、5。从第二级破裂
模拟开始，每一级新的破裂为上一级破裂形成的岩爆碎屑模型沿临空面方向进一步按照与
上一级相同的破裂比进行破裂模拟；另外，从第二级破裂模拟开始，按照预设破裂概率进行
破裂模拟，且从第三级破裂模拟开始，均采用与第二级破裂模拟相同的破裂概率。各级破裂
产生的岩爆碎屑逐级破裂，同一级的岩爆碎屑尺寸相同。从第二级破裂开始，总是由上一级
3
岩爆碎屑颗粒按破裂概率为P（例如图4和图5所示的三级破裂），图4中的P=9/(3)，图5中的
3
P=1/(3)，破裂比为r（图4和图5中r=3）依次逐级破裂。由于在实际实验中得到的岩爆碎屑
粒径小到一定尺寸（0.001mm）后就很难测定，所以当粒径大于预设值的岩爆碎屑模型的数
量达到阈值，停止破裂模拟。

[0061] 沿临空面方向的岩爆分级破裂过程，在同一破裂级数下，破裂比r和破裂概率P共同影响破裂范围和破裂深度，最终形成不同数量和尺寸的岩爆碎屑。

[0062] 在相同破裂比r条件下不同破裂概率P形成的破裂范围和破裂深度也不同，同一破裂比（如r=3）和破裂级数下，随着破裂概率P的增加破裂范围和破裂深度均增大。

[0063] 在模型尺寸范围内，可以产生全部破坏和较大的破裂深度和范围，也可以产生局部破坏和较小的破裂深度和范围。

[0064] 破裂比r、破裂概率P与破裂级数之间没有直接关系，但是三个因素共同决定岩爆试件模型破裂程度，破裂比r越大，破裂概率P越大，破裂级数越多，岩爆试件模型的破裂范
围和破裂深度越大，得到的岩爆碎屑越多，且粒径小的碎屑数量占比越大。

[0065] 实施例二

[0066] 如图6所示，本发明的另一方面还包括和前述方法流程完全对应一致的功能模块架构，即本发明实施例还提供了一种模拟岩爆试件破坏过程的装置，包括：

[0067] 岩爆试件模型构建模块201，用于根据岩爆试验中采用的岩爆试件构建同比例的岩爆试件模型，并将所述岩爆试件模型的任一侧面选为岩爆模拟的临空面；

[0068] 一级破裂模拟模块202，用于将岩爆试件模型沿临空面方向、按照预设破裂比进行一级破裂模拟，得到一级岩爆碎屑模型；

[0069] 二级破裂模拟模块203，用于将所述一级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与一级破裂模拟相同的破裂比和预设破裂概率进行二级破裂模拟，得到二级岩爆碎屑模型；

[0070] 三级及以上破裂模拟模块203，用于将所述二级岩爆碎屑模型沿临空面方向、按照与二级破裂相同的破裂比和破裂概率进行三级破裂模拟，得到三级岩爆碎屑模型；照此进
行逐级破裂模拟，至粒径大于预设值的岩爆碎屑模型的数量达到阈值。

[0071] 其中，所述破裂比根据岩爆试验得到的岩爆碎屑尺度分布的分形特征进行确定。

[0072] 进一步地，所述破裂比根据在不同岩爆试验条件下得到的岩爆碎屑粒径级配的均匀性进行确定。

[0073] 进一步地，所述破裂概率根据岩爆试验得到的岩爆碎屑数量进行确定。

[0074] 该装置可通过上述实施例一提供的模拟岩爆试件破坏过程的方法实现，具体的实现方法可参见实施例一中的描述，在此不再赘述。

[0075] 本发明还提供了一种存储器，存储有多条指令，所述指令用于实现如实施例一所述的方法。

[0076] 本发明还提供了一种电子设备，包括处理器和与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有多条指令，所述指令可被所述处理器加载并执行，以使所述处理器能够执行
如实施例一所述的方法。

[0077] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优
选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明
进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型
属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在
内。