CN110032801A - 一种含有t形割理网络节理煤体模型的重构方法 - Google Patents

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朱健
李志强
史振东
刘杰
张昌锁
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Abstract

本发明公开了一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，该发明属于节理煤体力学属性研究的数值模拟方法技术领域；具体步骤为：首先，构建T形割理网络；根据确定的煤岩不同尺寸的割理数目先生成煤岩第一分层不同尺寸的面割理，再生成端割理，从而建立煤岩第一分层的割理网络，同理生成其它分层的割理网络，然后生成整体割理网络，再将其切割成规定尺寸的小割理网络；其次，构建粘结颗粒集合体并标定细观参数；最后，将规定尺寸的小割理网络通过使用光滑节理接触模型嵌入粘结颗粒集合体，并标定割理细观参数，进而组建节理煤体模型。本发明割理网络生成方法能够真实描述实际割理网络的T形结构，为研究节理煤体的力学行为垫定了坚实的基础。

Description

一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法
技术领域
本发明涉及节理煤体力学属性研究的数值模拟方法，具体涉及一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法。
背景技术
节理煤体的力学属性对煤矿井下安全作业具有明显的影响作用。准确地确定节理煤体的力学属性对进一步揭示冲击地压机理、制定合理的巷道支护方案以及煤柱留设方案，和揭示岩层运移规律等具有重要的意义。
普遍认为割理裂隙网络对煤体力学属性具有重要的影响作用。由于割理裂隙网络对煤体稳定性，可采性以及煤层气开采的影响作用，煤体割理裂隙网络的形成以及特性得到了广泛的研究。通常情况下，煤体割理裂隙网络可以分为面割理和端割理。在煤化过程中，面割理较端割理首先生成，并垂直于最小压应力。端割理终止于面割理。由于割理是煤化过程中，脱水、挥发以及构造应力等因素相互作用的产物，因此割理裂隙网络具有多变的空间分布结构。现场观测以及细观研究表明煤体割理裂隙网络与煤级、煤岩成分、煤岩成分序列以及局部地质构造有关。
Ammosov和Eremin于1963年研究了割理频率与煤级的关系，研究结果表明，从褐煤到中等挥发性烟煤变化过程中，割理频率逐渐增大；之后割理频率随着煤级的增大而减小，即割理频率随着煤级的增大呈正态分布。Laubach和Law发现了类似的割理频率随煤级增大而增大的关系，但当镜质组反射率大于1.5％时割理频率保持恒定。Su的研究结果表明割理频率和煤级之间存在三种关系。其中，前两种关系分别与Ammosov以及Laubach的研究结果类似。第三种关系表明割理频率随着煤级的增大而增大并在镜质组反射率达到1.3％时割理频率取最大值，之后割理频率逐渐减小随着镜质组反射率从1.3％增大到4％。最后，当镜质组反射率大于4％时，割理频率保持恒定。
此外，割理频率还受煤岩成分(镜煤、光亮煤、亮煤、暗亮煤、暗煤、丝炭以及矿物质)的影响。暗煤比较密实、坚硬，含有率量较少的大间距割理。而亮煤易碎，含有大量不同尺度的割理。割理频率与矿物质含量成反比，含有低矿物质的煤体具有较高的割理频率。灰分较高的煤体具有较小的割理频率。
割理间距与煤岩成分分层厚度通常成正比关系，此外割理间距受煤岩成分序列的影响。与顶底由暗煤约束的单层镜煤中的割理相比，位于顶底由暗煤约束的多层镜煤中的割理具有更小的间距。由于主控割理同时穿越多层镜煤与暗煤，其间距较大并且数量较少。郭莉表明不同煤岩成分中的割理分布具有较大的差异，同时割理分布的位置与煤岩成分的组合序列有关。煤体的渗透率受割理裂隙网络的影响，不同煤岩成分主导的煤层具有不同的渗透率。其中，镜质组含量较高的煤体渗透率可达30mD，而惰煤含量较高的煤体渗透率仅为2.3mD。此外，局部地质构造附近割理间距具有较大的变化。
研究节理煤体力学属性的直接方法是通过现场取样、制备试样，之后进行室内或原位力学测试。与其他岩石相比，煤样制备过程中极易萌生新裂纹以及煤样从现场取出后容易脱水，这些因素限制了准确再现原位环境。此外，先前研究表明室内煤样强度具有较大的离散性，测试过多煤样需耗用大量的精力和财力。因此，数值模拟方法已被广泛用来研究节理煤体力学属性。合成岩体(SRM)方法作为最真实可靠的数值模拟方法已被广泛用来研究煤体力学属性。SRM方法通过将割理裂隙网络(DFN)嵌入粘结颗粒集合体(BPM)来组建煤体数值模型，使用SRM方法研究节理煤体力学属性的关键在于割理裂隙网络DFN的建立。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术中的不足，合理地建立割理裂隙网络，提供一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，首先，根据提出的T形割理网络建立方法，生成了大尺寸T形割理网络，并由大尺寸T形割理网络切割成不同尺寸的小尺寸T形割理网络，之后将小尺寸T形割理网络嵌入粘结颗粒集合体进而生成不同尺寸的节理煤体。
本发明的技术方案如下：
一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，其中所述含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法是基于T形割理网络重构节理煤体模型，
(1)构建T形割理网络；
(2)构建粘结颗粒集合体BPM；
(3)建立节理煤体模型。
进一步地，所述步骤(1)构建T形割理网络，具体步骤为：
1)首先采用分形统计方法确定不同尺寸的割理数目N(Li)；
2)在煤岩第一分层的上下面按照指定的点行距与点列距生成几何点，并对生成的几何点进行编号；
3)按照分形理论确定的目标区域内不同尺度的面割理数目N(Li)，并生成长度为L0的面割理，从煤岩第一分层顶面几何点中随机选取一个几何点作为面割理中心，并将面割理中心向正、负X轴方向同时沿伸，直到总沿伸长度达L0，沿伸过程中，记录所经过的几何点编号以及与它们对应的底面几何点编号，封闭连接记录的几何点进而生成第一条长度为L0的面割理；之后，再从顶面几何点中随机选取一个作为面割理中心点并沿X轴正、负方向沿伸，记录经过的几何点编号以及底面上与它们对应的几何点编号，最后连接记录的几何点生成第二条长度为L0的面割理；当生成2条长度为L0的面割理后，需对二者进行几何位置判定；由于面割理中心位置的随机选取，致使生成的面割理长度可能会小于L0，如果两者有重叠，删除长度较小的面割理，之后重新生成，重复以上过程，直到生成长度为L0的面割理总数目达到计算出的割理数目N(L0)；
4)按照步骤3)生成煤岩第一分层中其他尺寸的面割理(L0/2i)，直到达到要求的面割理生成最小长度为止；
5)设定端割理数目为面割理数目的m倍，生成岩第一分层中的端割理，随机选取一个生成的面割理，并从组成该面割理的顶面几何点中任意选取一个作为起点，从起点同时向Y轴正、负方向沿伸，直到与已有的面割理相交，沿伸过程中记录经过的几何点编号以及与它们对应的底面几何点编号，沿Y轴正、负沿伸方向上，选取沿伸长度较小的方向为端割理生成方向，连接记录的所有几何点生成端割理，之后，标记生成端割理所经过的几何点为“已使用过”，对所使用过的几何点进行标记可以去除后续端割理之间的几何位置判定，进而加快端割理生成速度；重复以上过程，直至达到要求的端割理数目，至此，建立了煤岩第一分层的T形割理网络；
6)重复执行步骤2)至5)生成煤岩其它分层的割理网络，直至达到要求的模型总高度，生成整体割理网络；
7)将步骤6)生成的整体割理网络切割成规定尺寸的小割理网络，从而生成煤岩的要求尺寸的小割理网络；
所述步骤(1)构建T形割理网络的方法与割理的形成过程一致，即先生成面割理，之后再生成端割理；而且构建T形割理网络是首先建立一个大尺寸的割理网络，其次按照要求将大尺寸割理网络进行切割，进而生成所需的小理网络，该方法贴近实际取样过程，因此能精确模拟岩煤的割理网络，保证重构的节理煤体模型与实际煤体的结构一致。
进一步地，所述步骤(1)构建T形割理网络，具体步骤为：
1)首先采用分形统计方法确定不同尺度的割理数目N(Li)；
2)在煤岩第一分层的上下面按照指定的点行距与点列距生成几何点，并对生成的几何点进行编号；
3)按照分形理论确定目标区域内不同尺寸的面割理数目，并生成长度为L0的面割理。从煤岩第一分层顶面几何点中随机选取一个几何点作为面割理中心，并将面割理中心向正、负X轴方向同时沿伸，直到总沿伸长度达L0，沿伸过程中，记录所经过的几何点编号以及与它们对应的底面几何点编号，封闭连接记录的几何点进而生成第一条长度为L0的面割理；之后，再从顶面几何点中随机选取一个作为面割理中心点并沿X轴正、负方向沿伸，记录经过的几何点编号以及底面上与它们对应的几何点编号，最后连接记录的几何点生成第二条长度为L0的面割理；当生成2条长度为L0的面割理后，需对二者进行几何位置判定；由于面割理中心位置的随机选取，致使生成的面割理长度可能会小于L0，如果两者有重叠，删除长度较小的面割理，之后重新生成，重复以上过程，直到生成长度为L0的面割理总数目达到计算出的割理数目N(L0)；
4)按照步骤3)生成煤岩第一分层中其他尺寸的面割理(L0/2i)，直到达到要求的面割理生成最小长度为止；
5)设定端割理数目为面割理数目的m倍，生成煤岩第一分层中的端割理，随机选取一个生成的面割理，并从组成该面割理的顶面几何点中任意选取一个作为起点，从起点同时向Y轴正、负方向沿伸，直到与已有的面割理相交，沿伸过程中记录经过的几何点编号以及与它们对应的底面几何点编号，沿Y轴正、负沿伸方向上，选取沿伸长度较小的方向为端割理生成方向，连接记录的所有几何点生成端割理，之后，标记生成端割理所经过的几何点为“已使用过”，对所使用过的几何点进行标记可以去除后续端割理之间的几何位置判定，进而加快端割理生成速度；重复以上过程，直至达到要求的端割理数目，生成端割理，至此，建立了煤岩第一分层的T形割理网络，随即将煤岩第一分层的T形割理网络切割成规定尺寸的小割理网络分层；
6)重复执行步骤2)至5)生成煤岩其它分层的规定尺寸的小割理网络分层，直至达到小割理网络的要求高度为止，也即达到要求的模型总高度，从而生成煤岩的规定尺寸的小割理网络。
所述步骤(1)构建T形割理网络的方法与割理的形成过程一致，即先生成面割理，之后再生成端割理；而且构建T形割理网络是首先建立一个大尺寸的割理网络，其次按照要求将大尺寸割理网络进行切割，进而生成所需的小理网络，该方法贴近实际取样过程，因此能精确模拟岩煤的割理网络，保证重构的节理煤体模型与实际煤体的结构一致。
再进一步地，所述步骤(2)构建粘结颗粒集合体BPM，具体为：
采用平节理对具有相同颗粒半径的散体颗粒进行粘结以构建粘结颗粒模型BPM，所构建的粘结颗粒模型BPM的尺寸大小与步骤(1)中生成的小割理网络相匹配，首先设定完整立方体煤岩宏观层次的力学参数，即设定完整立方体煤岩宏观层次的单轴抗压强度取值为39.24～42.51MPa，弹性模量为5.95～6.25Gpa，泊松比取为0.21～0.25，然后以设定的完整煤岩宏观力学参数为标准对粘结颗粒模型BPM细观层次的细观参数进行标定。
在上述构建粘结颗粒集合体BPM中，用于构建粘结颗粒模型BPM的散体颗粒具有相同的颗粒半径，以保证同一割理网络在不同尺寸的粘结颗粒模型BPM中具有相同的作用，也可以使整体割理网络根据需要切割成不同尺寸的小割理网络，进而组建不同尺寸的节理煤体模型以配合研究节理煤体的力学特征。根据完整立方体煤岩宏观力学参数进行粘结颗粒模型BPM细观层次的细观参数的标定，可以保证构建的粘结颗粒模型BPM与煤岩的实际结构特性一致。
更进一步地，所述步骤(3)建立节理煤体模型，具体为：
将所述步骤(1)构建T形割理网络中生成的规定尺寸的小割理网络，通过使用光滑节理接触模型将T形割理网络嵌入步骤(2)构建的对应尺寸的粘结颗粒集合体BPM，并对割理细观参数进行标定，进而组建节理煤体模型。
更进一步地，所述步骤(1)构建T形割理网络中
1)首先采用分形统计方法确定不同尺度的割理数目N(Li)，具体为：
首先，在磨光的煤样表面上选取初始边长为L0的矩形区域，并在该选取的矩形区域内部统计割理长度大于等于L0的割理数目，记为n(L0)；
其次，将初始矩形区域均分为边长为L0/2的4个矩形区域，之后统计每一个矩形区域内割理长度大于等于L0/2的割理数目并累加得n(L0/2)，最后类似地划分边长为L0/2n的矩形区域并统计割理长度大于等于L0/2n的割理数目n(L0/2n)；
在面积为L0×L0的区域内，不同尺度的面割理视条数可以表示为：
其中，为面割理长度大于等于Li的面割理视条数；n0为面割理长度大于等于L0的面割理视条数；D为分形维数。面割理视条数可通过公式(2)式转化成面割理真实条数N(Li)，
其中，n0′＝n(L0)；n1′＝n(L1)-2n0′；以及
采用分形统计方法确定不同尺寸的割理数目是基于割理近似为平面矩形，以及面割理的长度与数目之间遵循幂函数关系的特征，因此采用该方法计算的割理数目与煤岩的实际状况一致。
更进一步地，所述的整体割理网络和小割理网络均为立方体的割理网络。本方法中割理网络选用立方体较选用其它形状更利于进行单轴压缩应力-应变试验，更利于煤体力学特征的试验分析。
更进一步地，所述步骤(2)构建粘结颗粒集合体BPM中，采用平节理对具有相同颗粒半径的散体颗粒进行粘结以构建粘结颗粒模型BPM，首先设定完整立方体煤岩宏观层次的力学参数，即设定完整立方体煤岩的单轴抗压强度取值为39.24～42.51MPa，弹性模量为5.95～6.25Gpa，泊松比取为0.21～0.25，然后以设定的完整煤岩宏观力学参数为标准对粘结颗粒模型BPM细观层次的细观参数进行标定，具体标定方法如下：
所述平节理细观层次的细观参数包括颗粒最小半径Rmin、颗粒半径比Rmax/Rmin、平节理有效模量E*、平节理刚度比k*、平节理抗拉强度及标准差(σc){m,sd}、平节理粘结力及标准差(c){m,sd}、平节理摩擦角φ和平节理摩擦系数μ；
首先，设定颗粒最小半径Rmin和颗粒集合体BPM的大小尺寸；依据给定的完整立方体煤岩宏观层次的力学参数值范围，设定粘结颗粒模型BPM宏观层次的力学参数目标值，具体包括设定粘结颗粒模型BPM宏观层次的单轴抗压强度目标值为39.24～42.51MPa、弹性模量的目标值为5.95～6.25Gpa、泊松比的目标值为0.21～0.25；
其次，根据设定的颗粒最小半径Rmin和颗粒集合体BPM的大小尺寸，设定一组平节理细观参数值，包含平节理有效模量E*、平节理刚度比k*、平节理抗拉强度及标准差(σc){m,sd}、平节理粘结力及标准差(c){m,sd}、平节理摩擦角φ和平节理摩擦系数μ，对依据该组平节理细观参数值粘结而成的颗粒集合体BPM进行单轴压缩试验，得到该颗粒集合体BPM宏观层次的宏观参数即单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的实际数值，若该组数值与预先设定的目标值不相符，即颗粒集合体BPM的单轴抗压强度数值不在39.24～42.51MPa之间，弹性模量不在5.95～6.25Gpa之间，泊松比不在0.21～0.25之间，则修改平节理细观参数的平节理有效模量E*、平节理刚度比k*、平节理抗拉强度及标准差(σc){m,sd}、平节理粘结力及标准差(c){m,sd}、平节理摩擦角φ和平节理摩擦系数μ中的任意一个或几个参数，重新组成一组新的平节理细观参数值，然后再对依据新的平节理细观参数值粘结而成的新颗粒集合体BPM进行单轴压缩试验，得到新颗粒集合体BPM宏观层次的宏观参数即单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的实际数值，如此循环直至颗粒集合体BPM的宏观参数即单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的实际数值达到设定的目标值，至此完成了粘结颗粒集合体BPM的构建及细观参数的标定。
对粘结颗粒模型BPM细观参数的标定采用不断调整细观参数进而缩小粘结颗粒模型BPM宏观力学参数与所需宏观力学参数间的误差以获取合理的细观参数。该方法具有简单易于操作且能保证标定的细观参数与设定的宏观参数完全吻合。
更进一步地，所述步骤(3)建立节理煤体模型中，将所述步骤(1)构建T形割理网络生成的规定尺寸的小割理网络，通过使用光滑节理接触模型将T形割理网络嵌入对应尺寸的粘结颗粒集合体BPM，并对割理细观参数进行标定，进而组建节理煤体模型，其中割理细观参数的标定是通过一系列围压为1MPa的煤体三轴压缩沿单条不同倾角β贯穿割理发生剪切滑移失效进行标定割理的细观参数，其中，所述的节理煤体模型为立方体，所述的倾角β是指贯穿割理面与水平面的夹角，具体为：
首先，设定节理煤体的宏观剪切强度用粘聚力和内摩擦角来表示，设定粘聚力为0MPa，内摩擦角为42°，节理煤体的贯穿割理面剪切强度遵循库伦强度准则：
τ＝cs+σtanφs (3)
其中，cs和φs分别为割理面的粘聚力和内摩擦角；
σ和τ分别表示割理面上的正应力和剪应力；
其次，通过一系列围压为1MPa的煤体三轴压缩沿单条不同倾角β贯穿割理发生剪切滑移失效进行标定割理的细观参数；为了与设定的节理煤体的宏观剪切强度相匹配，将节理煤体贯穿割理面的细观粘结强度设定为0MPa，节理煤体贯穿割理面的细观摩擦系数设为0.8，在三轴压缩实验过程中，保持立方体节理煤体四个侧面承受的压强均为1MPa，监测记录节理煤体沿贯穿割理面开始滑移时的σ1值，σ1为节理煤体发生滑移时的最大轴向应力，最终将一系列节理煤体沿不同倾角割理发生剪切滑移失效时记录的(τ,σ)数据对利用公式(3)进行拟合，即可获取割理宏观剪切强度。
更进一步地，所述的步骤(3)建立节理煤体模型中，将所述步骤(2)构建T形割理网络生成的规定尺寸的小割理网络，通过使用光滑节理接触模型将T形割理网络嵌入对应尺寸的粘结颗粒集合体BPM，并对割理细观参数进行标定，进而组建节理煤体模型，其中割理细观参数的标定是通过一系列围压为1MPa的煤体三轴压缩沿单条不同倾角β贯穿割理发生剪切滑移失效进行标定割理的细观参数，其中，所述的节理煤体模型为立方体，所述倾角β是指贯穿割理面与水平面的夹角，所述的不同倾角β分别为45°、50°、55°、60°、65°以及70°。
采用上述方法对割理细观参数进行标定，保证了构建的节理煤体模型能真实反映实际节理煤体的特性。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、与以往割理网络生成方法相比，本发明割理网络生成方法更符合实际割理形成的物理过程。
2、本发明割理网络生成方法能够真实描述实际割理网络的T形结构，为研究节理煤体的力学行为垫定了坚实的基础。
3、本发明克服了煤体现场取样、制备试样过程中萌生新裂纹以及从现场取出后容易脱水等因素导致的难以准确再现原位环境的问题，可快速构建节理煤体模型，节约成本，使节理煤体的力学行为研究更准确，更高效。
附图说明
图1为本发明实施例1的T形割理网络生成流程框图；
图2为本发明实施例2的T形割理网络生成流程框图；
图3为本发明T形割理网络生成流程图；
图4为实施例中煤岩第一分层T形割理网络的俯视图及局部放大图；
图5为实施例中煤岩第一分层T形割理网络的面割理图；
图6为实施例中煤岩第一分层T形割理网络的端割理图；
图7为实施例中不同尺寸的小割理网络图；
图8为实施例中标定的不同尺寸立方体完整煤岩应力-应变曲线；
图9为本发明节理煤体在1MPa围压下三轴压缩沿不同倾角贯穿割理滑移失效；
图10为实施例中割理细观摩擦系数取0.8时三轴压缩下节理煤体沿其内部单条不同倾角贯穿割理滑移失效(τ,σ)拟合结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
实施例1
如图1至10所示，本发明提供的一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，所述含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法是基于T形割理网络重构节理煤体模型，具体包括如下步骤：
基于T形割理网络重构节理煤体模型是以合成岩体方法构建节理煤体模型为基础，所述节理煤体模型包含完整煤岩的粘结颗粒集合体BPM和割理裂隙网络DFN，所述粘结颗粒集合体BPM表示节理煤体的基质部分，割理裂隙网络DFN模拟节理煤体的割理网络，本实施中的割理裂隙网络DFN为T形割理网络。
(1)构建T形割理网络：
构建T形割理网络的流程如图1所示。
1)首先采用分形统计方法确定不同尺寸的割理数目N(Li)；具体为：
首先，在磨光的煤样表面上选取初始边长为L0的矩形区域，并在该选取的矩形区域内部统计割理长度大于等于L0的割理数目，记为n(L0)；
其次，将初始矩形区域均分为边长为L0/2的4个矩形区域，之后统计每一个矩形区域内割理长度大于等于L0/2的割理数目并累加得n(L0/2)，最后类似地划分边长为L0/2n的矩形区域并统计割理长度大于等于L0/2n的割理数目n(L0/2n)；
本实施例中的分形统计结果如表1所示：
表1不同尺寸割理分形统计结果
在面积为L0×L0的区域内，不同尺寸的面割理视条数可以表示为：
其中，为面割理长度大于等于Li的面割理视条数；n0为面割理长度大于等于L0的面割理视条数；D为分形维数。面割理视条数可通过公式(2)式转化成面割理真实条数N(Li)，
其中，n0′＝n(L0)；n1′＝n(L1)-2n0′；以及
将表1中的统计结果利用公式(2)转化为面割理真实条数N(Li)，并构建割理网络属性如表2所示。
表2割理网络构建属性
其中，β—割理面与XY平面的夹角，也即为割理面与水平面的夹角。
本实施例中煤岩每一分层都具有相同的割理分布属性如表2所示，且每一分层的厚度固定为1cm。面割理平行于X轴，端割理平行于Y轴，层理与XY面平行。按照下面的步骤2)至7)首先生成1×1×1m3的立方体割理网络，之后，将1×1×1m3的割理网络切割成边长为5cm，10cm，15cm，20cm，30cm，40cm，50cm以及80cm的立方体小尺寸割理网络。
2)在煤岩第一分层的上下面按照指定的点行距与点列距生成几何点，并对生成的几何点进行编号；如图3中的(a)所示；
3)按照分形理论确定的目标区域内不同尺度的面割理数目N(Li)，本实施例的不同尺寸的面割理数目如表2所示，并生成长度为L0的面割理，L0为100cm，从煤岩第一分层顶面几何点中随机选取一个几何点作为面割理中心，并将面割理中心向正、负X轴方向同时沿伸，直到总沿伸长度达L0，沿伸过程中，记录所经过的几何点编号以及与它们对应的底面几何点编号，封闭连接记录的几何点进而生成第一条长度为L0的面割理；之后，再从顶面几何点中随机选取一个作为面割理中心点并沿X轴正、负方向沿伸，记录经过的几何点编号以及底面上与它们对应的几何点编号，最后连接记录的几何点生成第二条长度为L0的面割理；当生成2条长度为L0的面割理后，需对二者进行几何位置判定；由于面割理中心位置的随机选取，致使生成的面割理长度可能会小于L0，如果两者有重叠，删除长度较小的面割理，之后重新生成，重复以上过程，直到生成长度为L0的面割理总数目达到计算出的割理数目N(L0)；
4)按照步骤3)生成煤岩第一分层中其他尺寸的面割理(L0/2i)，直到达到要求的面割理生成最小长度为止；即生成面割理(L0/2)，面割理(L0/4)，面割理(L0/8)，面割理(L0/16)，面割理(L0/32)，面割理(L0/64)。如图3中的(b)至(d)所示。
5)设定端割理数目为面割理数目的m倍，本实施例中m为3，生成岩第一分层中的端割理，随机选取一个生成的面割理，并从组成该面割理的顶面几何点中任意选取一个作为起点，从起点同时向Y轴正、负方向沿伸，直到与已有的面割理相交，沿伸过程中记录经过的几何点编号以及与它们对应的底面几何点编号，沿Y轴正、负沿伸方向上，选取沿伸长度较小的方向为端割理生成方向，连接记录的所有几何点生成端割理，之后，标记生成端割理所经过的几何点为“已使用过”，对所使用过的几何点进行标记可以去除后续端割理之间的几何位置判定，进而加快端割理生成速度；重复以上过程，直至达到要求的端割理数目，如图3中的(e)所示，至此，建立了煤岩第一分层的T形割理网络；如图3中的(f)所示。
如图4所示为煤岩第一分层T形网络割理的俯视图及局部放大图，如图5所示为煤岩第一分层T形割理网络的面割理，如图6所示为煤岩第一分层T形割理网络的端割理；
6)重复执行步骤2)至5)生成煤岩其它分层的割理网络，直至达到要求的模型总高度，生成整体割理网络；如图3中(h)所示为最终生成的整体割理网络；
7)将步骤6)生成的整体割理网络切割成规定尺寸的小割理网络，从而生成煤岩的要求尺寸的小割理网络；可以将整体割理网络切割成边长为5cm，10cm，15cm，20cm，30cm，40cm，50cm以及80cm的立方体小尺寸割理网络，如图7所示。本实施例中为配合粘结颗粒模型BPM的尺寸，在建立节理煤体模型时仅选用了5cm，10cm以及15cm的小尺寸割理网络。
(2)构建粘结颗粒集合体BPM：
采用平节理对具有相同颗粒半径的散体颗粒进行粘结以构建粘结颗粒模型BPM，所构建的粘结颗粒模型BPM的尺寸大小与步骤(1)中生成的小割理网络相匹配，首先设定完整立方体煤岩宏观层次的力学参数，即设定完整立方体煤岩宏观层次的单轴抗压强度取值为39.24～42.51MPa，弹性模量为5.95～6.25GPa，泊松比取为0.21～0.25，然后以设定的完整煤岩宏观力学参数为标准对粘结颗粒模型BPM细观层次的细观参数进行标定；其中所述的完整立方体煤岩是指不含有割理的煤岩。
由于颗粒半径大小对BPM的宏观力学参数具有显著的影响作用，具有相同颗粒半径分布以及其他细观参数均相同的不同尺寸粘结颗粒模型BPM可能会表现出不同的宏观力学参数。为了消除不同尺寸完整煤岩粘结颗粒模型BPM的宏观力学参数之间的差异，不同尺寸粘结颗粒模型BPM的细观参数需进行单独标定。
具体标定方法如下：
所述平节理细观层次的细观参数包括颗粒最小半径Rmin、颗粒半径比Rmax/Rmin、平节理有效模量E*、平节理刚度比k*、平节理抗拉强度及标准差(σc){m,sd}、平节理粘结力及标准差(c){m,sd}、平节理摩擦角φ和平节理摩擦系数μ；
首先，设定颗粒最小半径Rmin为0.1cm，颗粒集合体BPM的大小分别是边长为5cm、10cm、15cm的立方体；依据给定的完整立方体煤岩宏观层次的力学参数值范围，设定粘结颗粒模型BPM宏观层次的力学参数目标值，具体包括设定粘结颗粒模型BPM的单轴抗压强度为39.24～42.51MPa，弹性模量为5.95～6.25GPa，泊松比为0.21～0.25；
其次，根据设定的颗粒最小半径Rmin和颗粒集合体BPM的大小尺寸，设定一组平节理细观参数值，包含平节理有效模量E*、平节理刚度比k*、平节理抗拉强度及标准差(σc){m,sd}、平节理粘结力及标准差(c){m,sd}、平节理摩擦角φ和平节理摩擦系数μ，对依据该组平节理细观参数值粘结而成的颗粒集合体BPM进行单轴压缩试验，得到该颗粒集合体BPM宏观层次的宏观参数即单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的实际数值，若该组数值与预先设定的目标值不相符，即颗粒集合体BPM的单轴抗压强度数值不在39.24～42.51MPa之间，弹性模量不在5.95～6.25GPa之间，泊松比不在0.21～0.25之间，则修改平节理细观参数的平节理有效模量E*、平节理刚度比k*、平节理抗拉强度及标准差(σc){m,sd}、平节理粘结力及标准差(c){m,sd}、平节理摩擦角φ和平节理摩擦系数μ中的任意一个或几个参数，重新组成一组新的平节理细观参数值，然后再对依据新的平节理细观参数值粘结而成的新颗粒集合体BPM进行单轴压缩试验，得到新颗粒集合体BPM宏观层次的宏观参数即单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的实际数值，如此循环直至颗粒集合体BPM的宏观参数即单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的实际数值达到设定的目标值，至此完成了粘结颗粒集合体BPM的构建及细观参数的标定。粘结颗粒集合体BPM细观参数标定结果如表3所示。边长为30cm的立方体节理煤体具有1410072个颗粒，这庞大的颗粒数目严重制约了计算效率。因此，本实施例中的颗粒集合体BPM的最大边长为15cm，其中包含176308个粘结颗粒。不同尺寸立方体完整煤岩BPM的应力-应变曲线如图8所示。可见，经过细观参数标定，完整煤岩BPM的宏观力学参数几乎完全吻合各个宏观力学参数的目标值。
表3粘结颗粒集合体BPM细观参数标定结果
(3)建立节理煤体模型：
将所述步骤(1)构建T形割理网络中生成的规定尺寸的小割理网络，通过使用光滑节理接触模型将T形割理网络嵌入步骤(2)构建的对应尺寸的粘结颗粒集合体BPM，并对割理细观参数进行标定，进而组建节理煤体模型。
将所述步骤(1)构建T形割理网络中生成的规定尺寸的小割理网络，即将边长为5cm，10cm以及15cm的立方体小尺寸割理网络通过使用光滑节理接触模型将T形割理网络嵌入步骤(2)构建的边长为5cm，10cm，15cm的立方体粘结颗粒集合体BPM并对割理细观参数进行标定，进而组建节理煤体模型。其中割理细观参数的标定是通过一系列围压为1MPa的煤体三轴压缩沿单条不同倾角贯穿割理MN发生剪切滑移失效进行标定割理的细观参数，其中，所述的节理煤体模型为立方体，所述的倾角是指贯穿割理面与水平面的夹角，具体为：
首先，设定节理煤体的宏观剪切强度用粘聚力和内摩擦角来表示，设定粘聚力为0MPa，内摩擦角为42°，节理煤体的贯穿割理面MN的剪切强度遵循库伦强度准则：
τ＝cs+σtanφs (3)
其中，cs和φs分别为割理面的粘聚力和内摩擦角；
σ和τ分别表示割理面上的正应力和剪应力；
其次，通过一系列围压为1MPa的煤体三轴压缩沿单条不同倾角β贯穿割理MN发生剪切滑移失效进行标定割理的细观参数；其中的不同倾角β分别为45°、50°、55°、60°、65°以及70°，如图9所示。为了与设定的节理煤体的宏观剪切强度相匹配，将节理煤体贯穿割理面MN的细观粘结强度设定为0MPa，节理煤体贯穿割理面MN的细观摩擦系数设为0.8，在三轴压缩实验过程中，保持立方体煤体四个侧面承受的压强均为1MPa，监测记录节理煤体沿贯穿割理面开始滑移时的σ1值，σ1为节理煤体发生滑移时的最大轴向应力，最终将一系列节理煤体沿不同倾角割理发生剪切滑移失效时记录的(τ,σ)数据对利用公式(3)进行拟合，即可获取割理宏观剪切强度。在采用公式(3)对(τ,σ)数据对进行拟合时，应注意剔除节理煤体没有沿贯穿割理面MN发生剪切滑移失效的数据对。最终，割理面细观摩擦系数为0.8时可匹配指定的割理宏观剪切强度，见图10所示。割理面MN的剪切强度表示如下：
τ＝337854.74+0.90126σ
R2＝0.97893
其中，R为相关系数，该系数接近1，由此可以看出拟合结果与实际基本吻合。
实施例2
实施例2与实施例1的区别仅在于步骤(1)构建T形割理网络的方法不同，因此本实施例仅对不同之处进行描述，与实施例1相同的地方不再重复描述。
实施例2的构建T形割理网络如下：
(1)构建T形割理网络：
本实施例构建T形割理网络的流程如图2所示。
1)首先采用分形统计方法确定不同尺寸的割理数目N(Li)；具体为：
首先，在磨光的煤样表面上选取初始边长为L0的矩形区域，并在该选取的矩形区域内部统计割理长度大于等于L0的割理数目，记为n(L0)；
其次，将初始矩形区域均分为边长为L0/2的4个矩形区域，之后统计每一个矩形区域内割理长度大于等于L0/2的割理数目并累加得n(L0/2)，最后类似地划分边长为L0/2n的矩形区域并统计割理长度大于等于L0/2n的割理数目n(L0/2n)；
本实施例中的分形统计结果与实施例1的一致，见表1所示。
在面积为L0×L0的区域内，不同尺寸的面割理视条数可以表示为：
其中，为面割理长度大于等于Li的面割理视条数；n0为面割理长度大于等于L0的面割理视条数；D为分形维数。面割理视条数可通过公式(2)式转化成面割理真实条数N(Li)，
其中，n0′＝n(L0)；n1′＝n(L1)-2n0′；以及
与实施例1相同，将表1中的统计结果利用公式(2)转化为面割理真实条数N(Li)，并构建其割理网络属性见表2所示。
本实施例中煤岩每一分层都具有相同的割理分布属性如表2所示，且每一分层的厚度固定为1cm。面割理平行于X轴，端割理平行于Y轴，层理与XY面平行。按照下面的步骤2)至6)首先生成煤岩第一分层的1×1×1m3的立方体割理网络，随即将1×1×1m3的煤岩第一分层的割理网络切割成边长为5cm，10cm，15cm，20cm，30cm，40cm，50cm以及80cm的立方体小割理网络分层，之后，再生成煤岩的5cm，10cm，15cm，20cm，30cm，40cm，50cm以及80cm的小割理网络。
2)在煤岩第一分层的上下面按照指定的点行距与点列距生成几何点，并对生成的几何点进行编号；如图3中的(a)所示；
3)按照分形理论确定的目标区域内不同尺度的面割理数目N(Li)，本实施例的不同尺寸的面割理数目如表2所示，并生成长度为L0的面割理，L0为100cm，从煤岩第一分层顶面几何点中随机选取一个几何点作为面割理中心，并将面割理中心向正、负X轴方向同时沿伸，直到总沿伸长度达L0，沿伸过程中，记录所经过的几何点编号以及与它们对应的底面几何点编号，封闭连接记录的几何点进而生成第一条长度为L0的面割理；之后，再从顶面几何点中随机选取一个作为面割理中心点并沿X轴正、负方向沿伸，记录经过的几何点编号以及底面上与它们对应的几何点编号，最后连接记录的几何点生成第二条长度为L0的面割理；当生成2条长度为L0的面割理后，需对二者进行几何位置判定；由于面割理中心位置的随机选取，致使生成的面割理长度可能会小于L0，如果两者有重叠，删除长度较小的面割理，之后重新生成，重复以上过程，直到生成长度为L0的面割理总数目达到计算出的割理数目N(L0)；
4)按照步骤3)生成煤岩第一分层中其他尺寸的面割理(L0/2i)，直到达到要求的面割理生成最小长度为止，即生成面割理(L0/2)，面割理(L0/4)，面割理(L0/8)，面割理(L0/16)，面割理(L0/32)，面割理(L0/64)。如图3中的(b)至(d)所示；
5)设定端割理数目为面割理数目的m倍，本实施例中m为3，生成岩第一分层中的端割理，随机选取一个生成的面割理，并从组成该面割理的顶面几何点中任意选取一个作为起点，从起点同时向Y轴正、负方向沿伸，直到与已有的面割理相交，沿伸过程中记录经过的几何点编号以及与它们对应的底面几何点编号，沿Y轴正、负沿伸方向上，选取沿伸长度较小的方向为端割理生成方向，连接记录的所有几何点生成端割理，之后，标记生成端割理所经过的几何点为“已使用过”，对所使用过的几何点进行标记可以去除后续端割理之间的几何位置判定，进而加快端割理生成速度；重复以上过程，直至达到要求的端割理数目，如图3中的(e)所示，至此，建立了煤岩第一分层的T形割理网络；如图3中的(f)所示；
如图4所示为煤岩第一分层T形网络割理的俯视图及局部放大图，如图5所示为煤岩第一分层T形割理网络的面割理，如图6所示为煤岩第一分层T形割理网络的端割理；
6)重复执行步骤2)至5)生成其他煤岩成分分层的规定尺寸的小割理网络分层，直至达到小割理网络的规定高度为止，也即达到规定的模型总高度，从而生成完整煤岩的规定尺寸的小割理网络，如图3中的(g)所示。

Claims (10)

1.一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，其特征在于：所述含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法是基于T形割理网络重构节理煤体模型，具体包括如下步骤：
(1)构建T形割理网络；
(2)构建粘结颗粒集合体BPM；
(3)建立节理煤体模型。
2.根据权利要求1所述的一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，其特征在于：所述步骤(1)构建T形割理网络，具体步骤为：
1)首先采用分形统计方法确定不同尺寸的割理数目N(Li)；
2)在煤岩第一分层的上下面按照指定的点行距与点列距生成几何点，并对生成的几何点进行编号；
3)按照分形理论确定的目标区域内不同尺度的面割理数目N(Li)，并生成长度为L0的面割理，从煤岩第一分层顶面几何点中随机选取一个几何点作为面割理中心，并将面割理中心向正、负X轴方向同时沿伸，直到总沿伸长度达L0，沿伸过程中，记录所经过的几何点编号以及与它们对应的底面几何点编号，封闭连接记录的几何点进而生成第一条长度为L0的面割理；之后，再从顶面几何点中随机选取一个作为面割理中心点并沿X轴正、负方向沿伸，记录经过的几何点编号以及底面上与它们对应的几何点编号，最后连接记录的几何点生成第二条长度为L0的面割理；当生成2条长度为L0的面割理后，需对二者进行几何位置判定；由于面割理中心位置的随机选取，致使生成的面割理长度可能会小于L0，如果两者有重叠，删除长度较小的面割理，之后重新生成，重复以上过程，直到生成长度为L0的面割理总数目达到计算出的割理数目N(L0)；
4)按照步骤3)生成煤岩第一分层中其他尺寸的面割理(L0/2i)，直到达到要求的面割理生成最小长度为止；
5)设定端割理数目为面割理数目的m倍，生成岩第一分层中的端割理，随机选取一个生成的面割理，并从组成该面割理的顶面几何点中任意选取一个作为起点，从起点同时向Y轴正、负方向沿伸，直到与已有的面割理相交，沿伸过程中记录经过的几何点编号以及与它们对应的底面几何点编号，沿Y轴正、负沿伸方向上，选取沿伸长度较小的方向为端割理生成方向，连接记录的所有几何点生成端割理，之后，标记生成端割理所经过的几何点为“已使用过”，对所使用过的几何点进行标记可以去除后续端割理之间的几何位置判定，进而加快端割理生成速度；重复以上过程，直至达到要求的端割理数目，至此，建立了煤岩第一分层的T形割理网络；
6)重复执行步骤2)至5)生成煤岩其它分层的割理网络，直至达到要求的模型总高度，生成整体割理网络；
7)将步骤6)生成的整体割理网络切割成规定尺寸的小割理网络，从而生成煤岩的要求尺寸的小割理网络。
3.根据权利要求1所述的一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，其特征在于：所述步骤(1)构建T形割理网络，具体步骤为：
1)首先采用分形统计方法确定不同尺度的割理数目N(Li)；
2)在煤岩第一分层的上下面按照指定的点行距与点列距生成几何点，并对生成的几何点进行编号；
3)按照分形理论确定目标区域内不同尺寸的面割理数目，并生成长度为L0的面割理。从煤岩第一分层顶面几何点中随机选取一个几何点作为面割理中心，并将面割理中心向正、负X轴方向同时沿伸，直到总沿伸长度达L0，沿伸过程中，记录所经过的几何点编号以及与它们对应的底面几何点编号，封闭连接记录的几何点进而生成第一条长度为L0的面割理；之后，再从顶面几何点中随机选取一个作为面割理中心点并沿X轴正、负方向沿伸，记录经过的几何点编号以及底面上与它们对应的几何点编号，最后连接记录的几何点生成第二条长度为L0的面割理；当生成2条长度为L0的面割理后，需对二者进行几何位置判定；由于面割理中心位置的随机选取，致使生成的面割理长度可能会小于L0，如果两者有重叠，删除长度较小的面割理，之后重新生成，重复以上过程，直到生成长度为L0的面割理总数目达到计算出的割理数目N(L0)；
4)按照步骤3)生成煤岩第一分层中其他尺寸的面割理(L0/2i)，直到达到要求的面割理生成最小长度为止；
5)设定端割理数目为面割理数目的m倍，生成煤岩第一分层中的端割理，随机选取一个生成的面割理，并从组成该面割理的顶面几何点中任意选取一个作为起点，从起点同时向Y轴正、负方向沿伸，直到与已有的面割理相交，沿伸过程中记录经过的几何点编号以及与它们对应的底面几何点编号，沿Y轴正、负沿伸方向上，选取沿伸长度较小的方向为端割理生成方向，连接记录的所有几何点生成端割理，之后，标记生成端割理所经过的几何点为“已使用过”，对所使用过的几何点进行标记可以去除后续端割理之间的几何位置判定，进而加快端割理生成速度；重复以上过程，直至达到要求的端割理数目，生成端割理，至此，建立了煤岩第一分层的T形割理网络，随即将煤岩第一分层的T形割理网络切割成规定尺寸的小割理网络分层；
6)重复执行步骤2)至5)生成煤岩其它分层的规定尺寸的小割理网络分层，直至达到小割理网络的要求高度为止，也即达到要求的模型总高度，从而生成煤岩的规定尺寸的小割理网络。
4.根据权利要求2或3所述的一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，其特征在于：所述步骤(2)构建粘结颗粒集合体BPM，具体为：
采用平节理对具有相同颗粒半径的散体颗粒进行粘结以构建粘结颗粒模型BPM，所构建的粘结颗粒模型BPM的尺寸大小与步骤(1)中生成的小割理网络相匹配，首先设定完整立方体煤岩宏观层次的力学参数，即设定完整立方体煤岩宏观层次的单轴抗压强度取值为39.24～42.51MPa，弹性模量为5.95～6.25Gpa，泊松比取为0.21～0.25，然后以设定的完整煤岩宏观力学参数为标准对粘结颗粒模型BPM细观层次的细观参数进行标定。
5.根据权利要求4所述的一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，其特征在于：所述步骤(3)建立节理煤体模型，具体为：
将所述步骤(1)构建T形割理网络中生成的规定尺寸的小割理网络，通过使用光滑节理接触模型将T形割理网络嵌入步骤(2)构建的对应尺寸的粘结颗粒集合体BPM，并对割理细观参数进行标定，进而组建节理煤体模型。
6.根据权利要求5所述的一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，其特征在于：所述步骤(1)构建T形割理网络中
1)首先采用分形统计方法确定不同尺度的割理数目N(Li)，具体为：
首先，在磨光的煤样表面上选取初始边长为L0的矩形区域，并在该选取的矩形区域内部统计割理长度大于等于L0的割理数目，记为n(L0)；
其次，将初始矩形区域均分为边长为L0/2的4个矩形区域，之后统计每一个矩形区域内割理长度大于等于L0/2的割理数目并累加得n(L0/2)，最后类似地划分边长为L0/2n的矩形区域并统计割理长度大于等于L0/2n的割理数目n(L0/2n)；
在面积为L0×L0的区域内，不同尺度的面割理视条数可以表示为：
其中，为面割理长度大于等于Li的面割理视条数；n0为面割理长度大于等于L0的面割理视条数；D为分形维数。面割理视条数可通过公式(2)式转化成面割理真实条数N(Li)，
其中，n0′＝n(L0)；n1′＝n(L1)-2n0′；以及
7.根据权利要求6所述的一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，其特征在于：所述的整体割理网络和小割理网络均为立方体的割理网络。
8.根据权利要求7所述的一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，其特征在于：所述步骤(2)构建粘结颗粒集合体BPM中，采用平节理对具有相同颗粒半径的散体颗粒进行粘结以构建粘结颗粒模型BPM，首先设定完整立方体煤岩宏观层次的力学参数，即设定完整立方体煤岩的单轴抗压强度取值为39.24～42.51MPa，弹性模量为5.95～6.25Gpa，泊松比取为0.21～0.25，然后以设定的完整煤岩宏观力学参数为标准对粘结颗粒模型BPM细观层次的细观参数进行标定，具体标定方法如下：
所述平节理细观层次的细观参数包括颗粒最小半径Rmin、颗粒半径比Rmax/Rmin、平节理有效模量E*、平节理刚度比k*、平节理抗拉强度及标准差(σc){m,sd}、平节理粘结力及标准差(c){m,sd}、平节理摩擦角φ和平节理摩擦系数μ；
首先，设定颗粒最小半径Rmin和颗粒集合体BPM的大小尺寸；依据给定的完整立方体煤岩宏观层次的力学参数值范围，设定粘结颗粒模型BPM宏观层次的力学参数目标值，具体包括设定粘结颗粒模型BPM宏观层次的单轴抗压强度目标值为39.24～42.51MPa、弹性模量的目标值为5.95～6.25Gpa、泊松比的目标值为0.21～0.25；
其次，根据设定的颗粒最小半径Rmin和颗粒集合体BPM的大小尺寸，设定一组平节理细观参数值，包含平节理有效模量E*、平节理刚度比k*、平节理抗拉强度及标准差(σc){m,sd}、平节理粘结力及标准差(c){m,sd}、平节理摩擦角φ和平节理摩擦系数μ，对依据该组平节理细观参数值粘结而成的颗粒集合体BPM进行单轴压缩试验，得到该颗粒集合体BPM宏观层次的宏观参数即单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的实际数值，若该组数值与预先设定的目标值不相符，即颗粒集合体BPM的单轴抗压强度数值不在39.24～42.51MPa之间，弹性模量不在5.95～6.25Gpa之间，泊松比不在0.21～0.25之间，则修改平节理细观参数的平节理有效模量E*、平节理刚度比k*、平节理抗拉强度及标准差(σc){m,sd}、平节理粘结力及标准差(c){m,sd}、平节理摩擦角φ和平节理摩擦系数μ中的任意一个或几个参数，重新组成一组新的平节理细观参数值，然后再对依据新的平节理细观参数值粘结而成的新颗粒集合体BPM进行单轴压缩试验，得到新颗粒集合体BPM宏观层次的宏观参数即单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的实际数值，如此循环直至颗粒集合体BPM的宏观参数即单轴抗压强度、弹性模量和泊松比的实际数值达到设定的目标值，至此完成了粘结颗粒集合体BPM的构建及细观参数的标定。
9.根据权利要求8所述的一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，其特征在于：所述步骤(3)建立节理煤体模型中，将所述步骤(1)构建T形割理网络生成的规定尺寸的小割理网络，通过使用光滑节理接触模型将T形割理网络嵌入对应尺寸的粘结颗粒集合体BPM，并对割理细观参数进行标定，进而组建节理煤体模型，其中割理细观参数的标定是通过一系列围压为1MPa的煤体三轴压缩沿单条不同倾角贯穿割理发生剪切滑移失效进行标定割理的细观参数，其中，所述的节理煤体模型为立方体，所述的倾角是指贯穿割理面与水平面的夹角，具体为：
首先，设定节理煤体的宏观剪切强度用粘聚力和内摩擦角来表示，设定粘聚力为0MPa，内摩擦角为42°，节理煤体的贯穿割理面剪切强度遵循库伦强度准则：
τ＝cs+σtanφs (3)
其中，cs和φs分别为割理面的粘聚力和内摩擦角；
σ和τ分别表示割理面上的正应力和剪应力；
其次，通过一系列围压为1MPa的煤体三轴压缩沿单条不同倾角β贯穿割理发生剪切滑移失效进行标定割理的细观参数；为了与设定的节理煤体的宏观剪切强度相匹配，将节理煤体贯穿割理面的细观粘结强度设定为0MPa，节理煤体贯穿割理面的细观摩擦系数设为0.8，在三轴压缩实验过程中，保持立方体节理煤体四个侧面承受的压强均为1MPa，监测记录节理煤体沿贯穿割理面开始滑移时的σ1值，σ1为节理煤体发生滑移时的最大轴向应力，最终将一系列节理煤体沿不同倾角割理发生剪切滑移失效时记录的(τ,σ)数据对利用公式(3)进行拟合，即可获取割理宏观剪切强度。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种含有T形割理网络节理煤体模型的重构方法，其特征在于：所述的步骤(3)建立节理煤体模型中，将所述步骤(2)构建T形割理网络生成的规定尺寸的小割理网络，通过使用光滑节理接触模型将T形割理网络嵌入对应尺寸的粘结颗粒集合体BPM，并对割理细观参数进行标定，进而组建节理煤体模型，其中割理细观参数的标定是通过一系列围压为1MPa的煤体三轴压缩沿单条不同倾角贯穿割理发生剪切滑移失效进行标定割理的细观参数，其中，所述的节理煤体模型为立方体，所述倾角是指贯穿割理面与水平面的夹角，所述的不同倾角分别为45°、50°、55°、60°、65°以及70°。
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