(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210859487.3 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 (72)发明人 王培涛　张博　刘操　马驰　 任奋华　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 专利代理师 张仲波 (51)Int.Cl. G06T 17/20(2006.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 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 (57)摘要 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MAT LAB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。 权利要求书2页 说明书9页 附图6页 CN 115330975 A 2022.11.11 CN 115330975 A 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PFC 3D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PFC 3D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， 获得岩体三维权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115330975 A 2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PFC 3D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。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115330975 A 3