CN115330975A - 一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法及装置 - Google Patents

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CN115330975A CN202210859487.3A CN202210859487A CN115330975A CN 115330975 A CN115330975 A CN 115330975A CN 202210859487 A CN202210859487 A CN 202210859487A CN 115330975 A CN115330975 A CN 115330975A
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Abstract

本发明提供了一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法及装置，涉及节理岩体建模技术领域。包括：基于结构面空间分布形态，在结构面信息调查基础上，基于分形几何原理实现了岩体结构面三维分布网络模型的建模，重点提出了三维空间分布情况下、复杂起伏三维结构面的构建方法，是当前二维粗糙离散结构面网络模型的三维推广，拓展了三维结构面建模和节理岩体力学特性的研究领域。本发明基于MATLAB方法实现三维数字化模型的导出功能，同时提供三维结构面的点云数据输出，能够为颗粒流离散元方法的数值计算提供接口；可直接推广到三维复杂节理岩体的3D打印技术领域，为室内相似试验提供模型，为更精细地研究三维节理岩体力学特性提供表征方法和模型。

Description

一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法及装置
技术领域
本发明涉及复杂节理岩体建模技术领域，特别是指一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法及装置。
背景技术
岩体中结构面的几何及力学特性是准确认知岩体力学特性的前提，也是准确研究岩体围岩变形和破坏规律的根本。节理结构面对围岩的变形或破坏规律起着一定的控制作用，并且含裂隙岩体在开挖扰动下，围岩的破坏模式受节理分布的影响显著。因此，深入研究三维结构面粗糙度形貌特征及几何分布等对岩体力学特性的影响规律，开展节理的三维起伏度、粗糙度等对复杂节理分布岩体力学性质的影响规律研究，讨论考虑节理粗糙度情况下岩体力学特性，对于指导围岩支护设计、岩体工程稳定性分析等具有重要的应用价值。
岩体中往往存在多组随机分布的结构面，王培涛等建立了二维条件下、含多组随机分布的离散裂隙网络模型，开展了裂隙岩体各向异性的数值试验研究，探讨了含多组节理模型的破坏模式，发现节理岩石的破坏模式存在显著的尺寸效应。岩体中裂隙一般几何形态上表现为粗糙起伏，而这种复杂几何形态对岩石的力学特性影响显著。考虑到二维情况下节理网络中单节理的粗糙几何形态，王培涛等提出了一种考虑节理复杂几何形态的二维粗糙离散裂隙网络模型RDFN2D(rough discrete fractures network in twodimensions)，专利号CN107203670A，并开展了相关力学特性研究，研究表明：节理几何的粗糙特性对岩体模型的力学性质，尤其是破坏模式影响显著，在工程岩体围岩破坏模式预测和孕灾机制研究中应当予以重视，该研究成果得到了岩石力学领域学者的肯定。以上研究揭示了结构面的几何分布对裂隙岩体整体变形和强度的影响规律，并为本项目开展提供了研究思路和有益参考。在三维结构面网络模型表征方面，学者通过分析结构面几何产状的分布概率模型，开展了基于平面圆盘分布或平面矩形分布的DFN3D(discrete fracturesnetwork in three dimensions)模型研究和应用。比如，学者Min和Jing应用3DEC方法(MinKB,Jing L.Numerical determination of the equivalent elastic compliance tensorfor fractured rock masses using the distinct element method[J].InternationalJournal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2003,40(6):795-816)，建立了三维平面离散裂隙网络模型，所提方法对研究节理岩体的等效弹性参数具有重要的参考意义。大量的研究结果表明，建立三维离散裂隙网络DFN3D模型，对岩体的弹性模量、强度等的尺寸效应进行分析，是研究节理岩体的力学特性的有效手段，这种方法也越来越多的被学者们所接受，学者通过各种方法在裂隙网络生成及数值算法问题上取得了重大进展。然而，目前的三维DFN模型，其空间几何形态往往假设是平面形态，并在此基础上进行结构面网络模拟和岩体力学特性分析；而在实际岩体结构面分布中，结构面并非如假设的那样是平面分布，而是具有一定的粗糙度特征。大量工程调查发现，小到节理裂隙，大到大尺度结构面褶皱、层理，结构面形态上均呈现出一定的粗糙起伏。尽管学者对单个结构面开展了粗糙特性、渗流特性、剪切特性等方面的研究，但是对于含有多组复杂随机的三维粗糙结构面网络尚未开展研究。采用三维平面型结构面网络研究岩体力学特性仍不可避免地存在一定的误差，因此，需要考虑三维空间上结构面的粗糙几何形态。
发明内容
针对现有技术中含有多组复杂随机的三维粗糙结构面网络尚未开展研究，以及使用三维平面型结构面网络研究岩体力学特性仍不可避免地存在一定的误差的问题，本发明提出了一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一方面，提供了一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法，包括以下步骤：
S1：对岩体三维结构面进行调查与几何信息识别，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型；
S2：对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别，获得岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型；
S3：根据获得的概率模型以及网络模型，基于MATLAB平台，建立对应的三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型；
S4：根据RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件，完成新型三维随机粗糙结构面网络模型构建。
可选地，步骤S1中，对岩体三维结构面进行调查与几何信息识别，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型，包括：
S11：通过预设岩体结构面测量系统对岩体结构进行初步调查，获得初步调查结果；
S12：基于初步调查结果，对空间分布不同级别结构面进行识别，获得识别信息；
S13：根据识别信息，对岩体结构面几何形态空间展布进行数字表征，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型。
可选地，对岩体三维结构面的初步调查包括：对岩体三维结构面空间几何形态进行初步调查，包括：产状分布、粗糙起伏情况和随机分布规律；结构面的三维几何产状信息包括：三维迹长、倾向、倾角和间距。
可选地，步骤S2中，对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别，获得岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型，包括：
S21:基于MATLAB平台，采用三维分形几何原理对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别；
S22：根据识别后的信息，建立岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型。
可选地，三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型具体为三维多组随机分布的粗糙结构面模型；其中，RDFN3D模型中，结构面数量不做限制、组数不做限制。
可选地，S4中，根据RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件，包括：
采用MATLAB平台建立与三维力学分析软件PFC3D的模型接口，根据RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件。
可选地，步骤S4中，PFC3D建模格式文件为适用于离散元/有限元/有限差分等数值模拟方法的数字模型。
可选地，步骤S4还包括：
将建立的RDFN3D模型通过3D打印机进行物理建模，物理建模后的模型用于室内相似实验的模拟。
一方面，提供了一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建装置，该装置应用于电子设备，该装置包括：
几何信息识别模块，用于对岩体三维结构面进行调查与几何信息识别，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型；
几何起伏信息识别模块，用于对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别，获得岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型；
模型构建模块，用于根据获得的概率模型以及网络模型，基于MATLAB平台，建立对应的三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型；
模型输出模块，用于根据RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件，完成新型三维随机粗糙结构面网络模型构建。
可选地，几何信息识别模块，用于通过预设岩体结构面测量系统对岩体结构进行初步调查，获得初步调查结果；
基于所述初步调查结果，对空间分布不同级别结构面进行识别，获得识别信息；
根据所述识别信息，对岩体结构面几何形态空间展布进行数字表征，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型。
一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法。
一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法。
本发明实施例的上述技术方案至少具有如下有益效果：
上述方案中，本发明提出一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法。主要解决当前中文句法分析中存在的跨领域效果低问题。现有的方法都存在伪数据质量低，以及领域跨度大导致通用特征提取困难等问题。本发明提出的新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法，可以度量和提升伪数据的质量，同时将目标领域划分为更加细粒度的子领域，结合课程学习的方法进一步提升模型的跨领域效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法的三维粗糙结构面网络RDFN3D模型图；
图4是本发明实施例提供的一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法的AutoCAD三维数字化模型图；
图5是本发明实施例提供的一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法的三维颗粒流离散元PFC3D数值模型图；
图6是本发明实施例提供的一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法的有限元COMSOL三维数值计算模型图；
图7是本发明实施例提供的一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建装置框图；
图8是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明实施例提供了一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法，该方法可以由电子设备实现，该电子设备可以是终端或服务器。如图1所示的新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法流程图，该方法的处理流程可以包括如下的步骤：
S101：对岩体三维结构面进行调查与几何信息识别，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型；
S102：对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别，获得岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型；
S103：根据获得的概率模型以及网络模型，基于MATLAB平台，建立对应的RDFN3D(rough discrete fractures network model in three dimensions，三维随机粗糙几何结构面起伏)模型；
S104：根据RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件，完成新型三维随机粗糙结构面网络模型构建。
可选地，步骤S101中，对岩体三维结构面进行调查与几何信息识别，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型，包括：
S111：通过预设岩体结构面测量系统对岩体结构进行初步调查，获得初步调查结果；
S112：基于初步调查结果，对空间分布不同级别结构面进行识别，获得识别信息；
S113：根据识别信息，对岩体结构面几何形态空间展布进行数字表征，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型。
可选地，对岩体三维结构面的初步调查包括：对岩体三维结构面空间几何形态进行初步调查，包括：产状分布、粗糙起伏情况和随机分布规律；结构面的三维几何产状信息包括：三维迹长、倾向、倾角和间距。
可选地，步骤S102中，对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别，获得岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型，包括：
S121:基于MATLAB平台，采用三维分形几何原理对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别；
S122：根据识别后的信息，建立岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型。
可选地，三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型具体为三维多组随机分布的粗糙结构面模型；其中，RDFN3D模型中，结构面数量不做限制、组数不做限制。
可选地，S104中，根据RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件，包括：
采用MATLAB平台建立与三维力学分析软件PFC3D的模型接口，根据RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件。
可选地，步骤S104中，PFC3D建模格式文件为适用于离散元/有限元/有限差分等数值模拟方法的数字模型。
可选地，步骤S104还包括：
将建立的RDFN3D模型通过3D打印机进行物理建模，物理建模后的模型用于室内相似实验的模拟。
本发明实施例中，从岩体结构面分布调查出发，应用MATLAB语言编写了考虑三维结构面粗糙度特性的随机离散结构面网络模型Rough Discrete Fractures Network 3-Dimension(RDFN3D)，直观再现岩体三维结构面几何分布和粗糙特征，进一步编写三维建模AutoCAD软件和数值软件模型接口，将RDFN3D模型导入数值软件和3D打印平台进行力学分析，开展节理岩体样本力学特性分析，可为工程岩体力学参数获取、开挖扰动围岩破坏模式等提供一种新方法。
本发明实施例提供了一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法，该方法可以由电子设备实现，该电子设备可以是终端或服务器。如图2所示的新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法流程图，该方法的处理流程可以包括如下的步骤：
S201：通过预设岩体结构面测量系统对岩体结构进行初步调查，获得初步调查结果；
S202：基于初步调查结果，对空间分布不同级别结构面进行识别，获得识别信息；
S203：根据识别信息，对岩体结构面几何形态空间展布进行数字表征，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型。
一种可行的实施方式，岩体三维结构面调查与几何信息识别：在岩体结构面测量系统基础上，对空间分布不同级别结构面进行准确识别，实现岩体结构面几何形态空间展布的数字表征，统计分析结构面几何产状信息的概率模型。
一种可行的实施方式中，对岩体三维结构面的初步调查包括：对岩体三维结构面空间几何形态进行初步调查，包括：产状分布、粗糙起伏情况和随机分布规律；结构面的三维几何产状信息包括：三维迹长、倾向、倾角和间距。
S204:基于MATLAB平台，采用三维分形几何原理对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别。
S205：根据识别后的信息，建立岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型。
一种可行的实施方式中，岩体三维结构面几何起伏信息识别：基于MATLAB平台，采用三维分形几何原理建立三维空间随机分布结构面网络模型，如图3所示，图3(a)为粗糙的三维结构面网络模型，图3(b)为实时剖面结果，图3(c)为建立的二维RDFN剖面图。
采用如下述公式(1)和公式(2)的三维分形函数表达式进行计算：
Figure BDA0003757616030000091
Figure BDA0003757616030000092
其中，z(x,y)表示随机粗糙表面的高度，x、y表示轮廓位移坐标；L表示模拟样本表面的尺寸，G表示分形表面高度幅值，D表示分形维数(2<D<3)，γ(γ>1)是频率密度参数，M用于构造表面的粗糙峰叠加数量，n为频率指数，nmax是迭代时n的上限，其中Ls为截止长度，表示模拟表面最小分辨率，
Figure BDA0003757616030000093
为随机相位。
分形维数D的大小决定了表面函数z(x，y)中高频分量和低频分量的贡献。D值越大表明在表面形貌轮廓中高频分量比低频分量更占优势。
S206：根据获得的概率模型以及网络模型，基于MATLAB平台，建立对应的三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型；
一种可行的实施方式中，如图3所示，三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型具体为三维多组随机分布的粗糙结构面模型；其中，RDFN3D模型中，结构面数量不做限制、组数不做限制。
本发明实施例中，三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型，解决了传统三维随机结构面网络(DFN3D)模型为平面矩形或平面圆盘形，而难以分析起伏结构面的力学影响规律的不足的问题。
本发明实施例中，本发明从岩体结构面分布调查出发，应用MATLAB语言编写了考虑三维结构面粗糙度特性的随机离散结构面网络模型Rough Discrete FracturesNetwork 3-Dimension(RDFN3D)，直观再现岩体三维结构面几何分布和粗糙特征，如图4所示，进一步编写三维建模AutoCAD软件和数值软件模型接口，将RDFN3D模型导入数值软件和3D打印平台进行力学分析，开展节理岩体样本力学特性分析，可为工程岩体力学参数获取、开挖扰动围岩破坏模式等提供一种新方法。
S207：根据RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件，完成新型三维随机粗糙结构面网络模型构建。
一种可行的实施方式中，采用MATLAB平台建立与三维力学分析软件PFC3D的模型接口，根据RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，可以实现与颗粒流离散元Particle Flowing Code(PFC)软件的单元中心坐标一一对应。
一种可行的实施方式中，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件，如图4、图5所示，其中，图5(a)为RDFN3D数学模型，图5(b)为PFC3D颗粒流计算模型。
一种可行的实施方式中，PFC3D建模格式文件为适用于离散元/有限元/有限差分等数值模拟方法的数字模型。
一种可行的实施方式中，通过建立与三维有限元分析软件COMSOL的数据接口，实现大型三维复杂节理岩体力学模型力学分析，如图6所示。
本发明实施例中，不仅能够基于MATLAB平台输出适用于离散元、有限元或有限差分等数值模拟方法的数字模型，同时能够输出适用于3D打印技术的数字模型，实现了数学模型与地质模型、力学模型的衔接。
一种可行的实施方式中，步骤S207还包括：
将建立的RDFN3D模型通过3D打印机进行物理建模，物理建模后的模型用于室内相似实验的模拟。
本发明实施例中，如图4采用MATLAB平台输出与AutoCAD三维软件识别的*.dxf格式文件，以及建立的RDFN3D模型输出*.stl格式文件，可直接推广到三维复杂节理岩体的3D打印技术领域，为室内相似试验提供模型。
本发明实施例中，该方法首先基于结构面空间分布形态，在结构面信息调查基础上，基于分形几何原理实现了岩体结构面三维分布网络模型的建模，重点提出了三维空间分布情况下、复杂起伏三维结构面的构建方法，是当前二维粗糙离散结构面网络模型的三维推广，拓展了三维结构面建模和节理岩体力学特性的研究领域。本发明同时基于MATLAB方法实现了三维数字化模型(*.dxf)的导出功能，同时提供了三维结构面的点云数据输出，能够为颗粒流离散元方法的数值计算提供接口；本发明还可直接推广到三维复杂节理岩体的3D打印技术领域，为室内相似试验提供模型。本方法能够为更精细地研究三维节理岩体力学特性提供表征方法和模型，成果将为指导岩土工程施工、支护设计等提供科学依据。
本发明实施例中，结合模型3D打印技术，开展岩体三维结构面粗糙度表征、含三维结构面岩体几何、力学模型建立等研究，能够基于MATLAB平台输出适用于离散元、有限元或有限差分等数值模拟方法的数字模型，同时能够输出适用于3D打印技术的数字模型，实现了数学模型与地质模型、力学模型的衔接。本发明成果能够为揭示三维结构面粗糙度对岩体力学特性的影响机制，并为节理岩体力学特性分析和参数获取提供方法和依据。
图7是根据一示例性实施例示出的一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建装置框图。参照图7，该装置300包括：
几何信息识别模块310，用于对岩体三维结构面进行调查与几何信息识别，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型；
几何起伏信息识别模块320，用于对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别，获得岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型；
模型构建模块330，用于根据获得的概率模型以及网络模型，基于MATLAB平台，建立对应的三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型；
模型输出模块340，用于根据RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件，完成新型三维随机粗糙结构面网络模型构建。
可选地，几何信息识别模块310，用于通过预设岩体结构面测量系统对岩体结构进行初步调查，获得初步调查结果；
基于初步调查结果，对空间分布不同级别结构面进行识别，获得识别信息；
根据识别信息，对岩体结构面几何形态空间展布进行数字表征，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型。
可选地，对岩体三维结构面的初步调查包括：对岩体三维结构面空间几何形态进行初步调查，包括：产状分布、粗糙起伏情况和随机分布规律；结构面的三维几何产状信息包括：三维迹长、倾向、倾角和间距。
可选地，几何起伏信息识别模块320，用于基于MATLAB平台，采用三维分形几何原理对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别；
根据识别后的信息，建立岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型。
可选地，三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型具体为三维多组随机分布的粗糙结构面模型；其中，RDFN3D模型中，结构面数量不做限制、组数不做限制。
可选地，模型输出模块340，用于采用MATLAB平台建立与三维力学分析软件PFC3D的模型接口，根据RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件。
可选地，PFC3D建模格式文件为适用于离散元/有限元/有限差分等数值模拟方法的数字模型。
可选地，模型输出模块340，还用于将建立的RDFN3D模型通过3D打印机进行物理建模，物理建模后的模型用于室内相似实验的模拟。
本发明实施例中，结合模型3D打印技术，开展岩体三维结构面粗糙度表征、含三维结构面岩体几何、力学模型建立等研究，能够基于MATLAB平台输出适用于离散元、有限元或有限差分等数值模拟方法的数字模型，同时能够输出适用于3D打印技术的数字模型，实现了数学模型与地质模型、力学模型的衔接。本发明成果能够为揭示三维结构面粗糙度对岩体力学特性的影响机制，并为节理岩体力学特性分析和参数获取提供方法和依据。
图8是本发明实施例提供的一种电子设备400的结构示意图，该电子设备400可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(centralprocessing units，CPU)401和一个或一个以上的存储器402，其中，所述存储器402中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器401加载并执行以实现下述新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法的步骤：
S1：对岩体三维结构面进行调查与几何信息识别，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型；
S2：对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别，获得岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型；
S3：根据获得的概率模型以及网络模型，基于MATLAB平台，建立对应的三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型；
S4：根据RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件，完成新型三维随机粗糙结构面网络模型构建。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对岩体三维结构面进行调查与几何信息识别，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型；
S2：对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别，获得岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型；
S3：根据获得的所述概率模型以及所述网络模型，基于MATLAB平台，建立对应的三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型；
S4：根据所述RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件，完成新型三维随机粗糙结构面网络模型构建。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，对岩体三维结构面进行调查与几何信息识别，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型，包括：
S11：通过预设岩体结构面测量系统对岩体结构进行初步调查，获得初步调查结果；
S12：基于所述初步调查结果，对空间分布不同级别结构面进行识别，获得识别信息；
S13：根据所述识别信息，对岩体结构面几何形态空间展布进行数字表征，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述岩体三维结构面的初步调查包括：对岩体三维结构面空间几何形态进行初步调查，包括：产状分布、粗糙起伏情况和随机分布规律；结构面的三维几何产状信息包括：三维迹长、倾向、倾角和间距。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别，获得岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型，包括：
S21:基于MATLAB平台，采用三维分形几何原理对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别；
S22：根据识别后的信息，建立岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型具体为三维多组随机分布的粗糙结构面模型；其中，所述RDFN3D模型中，结构面数量不做限制、组数不做限制。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S4中，根据所述RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件，包括：
采用MATLAB平台建立与三维力学分析软件PFC3D的模型接口，根据所述RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述PFC3D建模格式文件为适用于离散元/有限元/有限差分等数值模拟方法的数字模型。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：
将建立的RDFN3D模型通过3D打印机进行物理建模，所述物理建模后的模型用于室内相似实验的模拟。
9.一种新型三维随机粗糙结构面网络模型及构建装置，其特征在于，所述装置适用于上述权利要求1-8中任意一项所述的方法，装置包括：
几何信息识别模块，用于对岩体三维结构面进行调查与几何信息识别，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型；
几何起伏信息识别模块，用于对岩体三维结构面的几何起伏信息进行识别，获得岩体三维结构面几何起伏信息的随机分布结构面网络模型；
模型构建模块，用于根据获得的所述概率模型以及所述网络模型，基于MATLAB平台，建立对应的三维随机粗糙几何的结构面起伏RDFN3D模型；
模型输出模块，用于根据所述RDFN3D模型中空间粗糙结构面的栅格点坐标，建立力学计算模型并导出PFC3D建模格式文件，完成新型三维随机粗糙结构面网络模型构建。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述几何信息识别模块，用于通过预设岩体结构面测量系统对岩体结构进行初步调查，获得初步调查结果；
基于所述初步调查结果，对空间分布不同级别结构面进行识别，获得识别信息；
根据所述识别信息，对岩体结构面几何形态空间展布进行数字表征，获得岩体三维结构面几何产状信息的概率模型。
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