隧道围岩裂纹扩展及围岩突水过程的三维可视化模拟方法

摘要

一种隧道围岩裂纹扩展及围岩突水过程的三维可视化模拟方法，属于岩土工程模拟试验方法。方法步骤如下：(1)将透明相似材料隧道模型浸泡于与其具有相同折射率的透明液体中，同时采用均匀的LED光源照射模型；(2)在隧道开挖和围岩破裂过程中，每当裂纹产生时该处将出现不透明现象，在模型的一侧或两侧设置三维数字图像采集系统拍摄模型内部裂纹的三维图像；(3)先前出现的裂纹因透明液体的填充而裂纹消失，从而避免影响后续裂纹的观测，实现裂纹扩展演化全过程的实时采集；(4)对采集的图像序列进行处理与分析后即可获得裂纹三维扩展的真实演化过程。优点：能真实再现隧道围岩裂纹的三维扩展过程。该模拟方法操作简单、过程直观、结果可靠。

主权项

一种隧道围岩裂纹扩展及围岩突水过程的三维可视化模拟方法，其特征是：本发明包括隧道围岩裂纹扩展三维可视化模拟方法和围岩突水过程三维可视化模拟方法；所述的隧道围岩裂纹扩展三维可视化模拟方法步骤如下：(1)将透明相似材料隧道模型浸泡于与其具有相同折射率的透明液体中，同时采用均匀的LED光源照射模型，要求该透明液体既不与透明模型材料发生化学反应又不会显著影响材料的物理力学性能；(2)在隧道开挖和围岩破裂过程中，每当裂纹产生时该处将出现不透明现象，随后该不透明的裂纹将因为透明液体的渗入而裂纹消失，从而避免影响后续裂纹的观测；在模型的一侧或两侧设置三维数字图像采集系统，连续拍摄模型内部裂纹不断产生和裂纹消失的三维图像；所述的裂纹不断产生状态为不透明状态；所述的裂纹消失状态为恢复透明状态；(3)采用相关专业软件对采集的图像序列进行处理与分析后即可直观而定量地获得模型内部裂纹扩展的三维演化过程；所述的围岩突水过程三维可视化模拟方法步骤如下：(1)采用与透明模型具有相同折射率的透明液体作为突水水源，同时采用均匀的LED光源照射模型，要求该液体既不与透明模型材料发生化学反应又不会显著影响材料的物理力学性能；(2)透明隧道模型在突水前未浸泡于透明液体而处于干燥状态，随着隧道的开挖围岩中将出现越来越多不透明的裂纹；当开挖裂纹与突水水源导通后，水源将沿着导通裂纹流动而使其流经的裂纹消失；(3)在模型突水水源的一侧设置三维数字图像采集系统，连续拍摄突水过程中模型内部裂纹由多变少、逐渐消失的三维图像，采用相关专业软件对图像序列进行处理与分析后即可直观而定量地获得突水过程的三维演化过程。