本发明涉及岩石力学与隧道工程，具体涉及一种节理裂隙岩体等效力学参数确定方法。
背景技术：
1、受成岩与地质作用的影响，自然界的岩体不可避免地存在节理、裂隙等结构面。这些缺陷相互交错所构成的复杂节理网络，对工程岩体产生了显著劣化效应。而岩体结构指标量化问题一直以来是岩石力学及工程地质领域分析、判识节理化程度强弱、岩体质量优劣、力学性状差异的一项重点和难点问题。
2、目前，国内外学者们在确定岩体力学参数方面开展了大量的工作，总结归纳起来岩体的力学参数的确定主要有试验法、反演法、经验法和数值分析法。现场岩体力学参数的直接试验测定是最直观的方法。但是该方法成本高，且受边界条件影响而产生较大的离散性，因而并不具备普适性。反演分析法也可以得到所测部位岩体的宏观力学参数，初始地应力场参数等信息，然而这是建立在对破坏机制进行明确的定义和理解的基础上。复杂地质环境中的反演结果与真实情况相去甚远。经验法对岩体力学参数的估计一方面可通过岩石质量指标(rqd)和物理参数的组合建立岩体力学参数的经验关系，同时还可以通过分类指标(例如bq、gsi、q、rmr)估算岩体的强度和变形参数。但是该方法无法揭示因节理存在而引起的力学参数各向异性问题。数值方法将工程地质调查、室内试验和数值仿真相结合，可模拟任意尺度下的复杂节理特征的岩体变形破坏行为，具有方便高效，经济实用和可重复性的优点，成为岩体力学参数确定的新的途径。
3、黄磊等申请人在申请号为202110848001.1且名称为一种含节理网络岩体力学参数的几何影响分析方法的专利申请中提出一种利用计算机辅助建模和3d打印技术模拟几何要素影响下的多个岩体节理网络分布的含节理网络岩体力学参数几何影响分析方法，该方法不能直接用于测量确定现场复杂节理裂隙岩体的等效力学参数，无法联系实际现场。
4、因此，如何从岩体的尺寸效应现象出发，寻求表征单元体，确定节理密度对完整岩体的弱化规律，采用合适的方式确定节理裂隙岩体等效力学参数，是复杂节理裂隙岩体隧道开挖稳定性分析的重要研究课题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种节理裂隙岩体等效力学参数确定方法，该方法基于研究节理密度对节理裂隙岩体的弱化规律，考虑了节理裂隙岩体的尺寸效应，通过确定表征单元体大小，并结合节理裂隙岩体的节理发育特征及其统计特征值和完整岩块的力学参数，科学精细的确定了节理裂隙岩体等效力学参数。具体技术方案如下：
2、一种节理裂隙岩体等效力学参数确定方法，包括以下步骤：
3、步骤一、选定需要确定等效力学参数的节理裂隙岩体；从节理裂隙岩体中取出不含节理的完整岩块，获取完整岩块的力学参数；获取节理裂隙岩体的节理发育特征及其统计特征值；
4、步骤二、基于步骤一中的节理发育特征及其统计特征值获得节理裂隙岩体的弱化规律以及表征单元体大小；
5、步骤三、基于完整岩块的力学参数、节理发育特征及其统计特征值以及节理裂隙岩体的弱化规律得到弱化岩体弹性模量和弱化岩体峰值强度；
6、步骤四、基于步骤一所得完整岩块的力学参数、步骤二所得表征单元体大小以及步骤三所得弱化岩体弹性模量和弱化岩体峰值强度采用试错法获得包含刚度、粘聚力和内摩擦角的节理力学参数；开展三轴压缩试验，得到节理裂隙岩体的粘聚力和内摩擦角。
7、优选的，所述步骤一中获取完整岩块的力学参数具体是：对完整岩块开展室内压缩试验，得到完整岩块包含弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、粘聚力和内摩擦角的力学参数。
8、优选的，获取节理裂隙岩体的节理发育特征及其统计特征值包括以下步骤：
9、步骤1.1、采集节理裂隙岩体包含节理倾向、节理倾角、节理间距和节理迹长的节理几何特征数据；
10、步骤1.2、根据步骤1.1得到的节理几何特征数据绘制节理玫瑰图，划分优势节理组，得到优势节理信息；
11、采用q-q图分别对节理几何特征数据中的各个参数进行正态分布、对数正态分布、指数分布和均匀分布的四个分布模型的检验，选择得到最合适的分布模型；
12、步骤1.3、绘制节理几何特征数据的频率直方图结合最合适的分布模型并拟合得到相应的概率密度曲线；
13、步骤1.4、基于概率密度曲线、节理几何特征数据以及优势节理信息得到节理发育特征；基于概率密度曲线获取节理裂隙岩体包含节理产状、节理迹长和节理间距的节理发育特征统计特征值。
14、优选的，所述步骤二中获得节理裂隙岩体的弱化规律具体包括：
15、步骤2.1.1、基于步骤1.2得到的优势节理信息利用平面单位法向量将节理产状变换为节理夹角；采用cad建立不同节理条数的节理网络模型；
16、步骤2.1.2、基于步骤2.1.1所得节理网络模型获取节理模型实体；基于节理模型实体得到节理类岩石试样；
17、步骤2.1.3、对步骤2.1.2所得类岩石试样进行单轴压缩试验，基于应力-应变曲线计算出弹性模量和峰值强度，采用如下方程对弹性模量和峰值强度进行拟合得到节理裂隙岩体的弱化规律：
18、
19、其中：e0为弱化岩体弹性模量，σf0为弱化岩体峰值强度，ei为完整岩块的弹性模量，σfi为完整岩块的峰值强度，n为节理条数，a为节理的平均长度。
20、优选的，所述步骤二中获得节理裂隙岩体的表征单元体大小包括以下步骤：
21、步骤2.2.1、基于步骤1.4中节理倾向、节理倾角、节理密度和节理长度的节理发育特征及其统计特征值建立离散裂隙网络模型；
22、步骤2.2.2、采用块体离散元软件构造立方体试样；利用步骤2.2.1所得离散裂隙网络模型去切割立方体试样，在立方体试样中不同的空间位置分别获取边长l的立方体单元，即获得节理裂隙岩体的离散元试样；其中：l的取值为1m、2m、4m、6m、8m、10m、12m以及14m；
23、步骤2.2.3、对步骤2.2.2得到的离散元试样开展单轴压缩数值试验，获取不同尺寸离散元试样的力学参数，绘制竖轴为离散元试样的力学参数且横轴为边长尺度的曲线图，取得曲线趋于稳定时的横坐标即为表征单元体大小。
24、优选的，所述步骤四中基于步骤一所得完整岩块的力学参数、步骤二所得表征单元体大小以及步骤三所得节理裂隙岩体的强度和变形参数采用试错法获得节理力学参数具体包括如下步骤：
25、步骤4.1、建立一个步骤二所得表征单元体大小的离散元数值模型，输入步骤一所得完整岩块的力学参数和步骤四所得的节理力学参数，步骤三所得节理裂隙岩体的强度和变形参数作为目标参数；
26、步骤4.2、对离散元数值模型进行单轴压缩数值试验，得到应力-应变曲线，基于应力-应变曲线得到模拟岩体弹性模量e和模拟岩体峰值强度σf；
27、步骤4.3、进行判定，具体是：当|弱化岩体弹性模量e0-模拟岩体弹性模量e|/弱化岩体弹性模量e0≤δ1且|弱化岩体峰值强度σf0-模拟岩体峰值强度σf|/弱化岩体峰值强度σf0≤δ2时，判定为满足要求，则输出节理力学参数；否则判定为不满足要求，则调整刚度、粘聚力和内摩擦角的数据，返回步骤4.2；其中：δ1和δ2为设定阈值。
28、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
1.一种节理裂隙岩体等效力学参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的节理裂隙岩体等效力学参数确定方法，其特征在于，所述步骤一中获取完整岩块的力学参数具体是：对完整岩块开展室内压缩试验，得到完整岩块包含弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、粘聚力和内摩擦角的力学参数。
3.根据权利要求1所述的节理裂隙岩体等效力学参数确定方法，其特征在于，获取节理裂隙岩体的节理发育特征及其统计特征值包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的节理裂隙岩体等效力学参数确定方法，其特征在于，所述步骤二中获得节理裂隙岩体的弱化规律具体包括：
5.根据权利要求3所述的节理裂隙岩体等效力学参数确定方法，其特征在于，所述步骤二中获得节理裂隙岩体的表征单元体大小包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的节理裂隙岩体等效力学参数确定方法，其特征在于，所述步骤四中基于步骤一所得完整岩块的力学参数、步骤二所得表征单元体大小以及步骤三所得节理裂隙岩体的强度和变形参数采用试错法获得节理力学参数具体包括如下步骤：
