1.一种岩体结构面三维形貌复刻方法,其特征在于,包括步骤:S1、于施工现场采集不同类型结构面的岩样,对岩样的结构面进行清理并切割为平面,之后扫描得到结构面的三维数字模型;S2、根据混沌分叉理论与三维数字模型上数据点的视倾角,计算基于Lyapunov指数的粗糙度参数 R λ 和基于分形维数的粗糙度参数 R D ;所述步骤S2进一步包括:S21、将数据点的视倾角按照空间位置排序,形成空间序列 , θ 1 、 θ 2 和 θ N 为空间序列中第1、2和 N 个视倾角, N 为数据点的总数量;S22、根据空间序列,采用平均互信息法确定多个不同间隔 τ 对应的平均互信息,并选取最小平均互信息对应的间隔 τ ;平均互信息法的表达式为:其中, I ( τ )为平均互信息; p i 和 p j 为空间序列中间隔 τ 的两个数据点的概率密度; 为空间序列中间隔 τ 的两个数据点的联合概率密度;S23、对于空间序列中的每个数据点,采用最近邻方法确定空间序列的嵌入维数 m ,根据嵌入维度和选取的间隔 τ ,得到重构后的相空间向量 :其中, k =1,2,…, N ( m 1) τ 为变量; θ k 、 θ k+τ 、 θ k+2τ 和 θ k+(m-1)τ 分别为序号是 k 、 k+ τ 、 k+ 2 τ 、 k+ (m-1) τ 的数据点;S24、对于每个相空间向量 ,找到其最近邻 :其中, 为欧式距离; W 为排除窗口; 为相空间向量 的最近邻的序号;S25、根据相空间向量 X k 和其最近邻 ,计算初始距离 和跟踪距离演化 : , 其中, X k+n 和 分别为相空间向量 X k 和其最近邻 在离散时间步数 n 时得到的空间向量;S26、根据初始距离和跟踪距离演化,计算最大Lyapunov指数 λ max :其中, Δt 为采样时间间隔;S27、根据相空间向量,计算关联维数 D 2 : , 其中, C ( r )为关联分数; r 为距离阈值; 是Heaviside函数,当输入大于零时取1,否则取0; X i 和 X j 分别为第 i 个和第 j 个相空间向量;S28、采用最大Lyapunov指数λ max 作为粗糙度参数 R λ ,采用关联维数 D 2 作为粗糙度参数 R D ;S3、选取多个岩样中满足预设条件的粗糙度参数 R λ 和粗糙度参数 R D 对应的三维数字模型作为三维复刻的结构面,并将其导入雕刻机;S4、根据结构面的测试方法,选取结构面的走刀方式,并将其输入雕刻机;雕刻机根据输入的三维数字模型和走刀方式,生成结构面的三维雕刻路径;S5、根据三维雕刻路径,采用雕刻机在两个岩样块的拼接面复刻出选取的结构面,之后拼接岩样块形成具有三维复刻结构面的测试试样。
2.根据权利要求1所述的岩体结构面三维形貌复刻方法,其特征在于,所述测试方法包括直接剪切试验和用于带倾角的结构面的三轴测试;直接剪切试验时,刀具走刀方式为沿结构面水平面往复进行雕刻;三轴测试时,刀具走刀方式为沿斜切面往复进行雕刻。
3.根据权利要求2所述的岩体结构面三维形貌复刻方法,其特征在于,对进行直接剪切试验的岩样块进行复刻时,其中一个岩样块按生成的雕刻路径完成雕刻后,对雕刻路径进行3D镜像、2D镜像操作得到新路径,采用新路径对另一个岩样块进行雕刻;对进行三轴试验的岩样块进行复刻时,其中一个岩样块按生成的雕刻路径完成雕刻后,对雕刻路径进行3D镜像、2D镜像操作后,接着对路径进行反向操作得到新路径,采用新路径对另一个岩样块进行雕刻。
4.根据权利要求2所述的岩体结构面三维形貌复刻方法,其特征在于,在岩样块上复刻选取的结构面时,采用固定夹具对岩样块进行装夹,使岩样块的拼接面正对雕刻机刻刀;对进行三轴测试的岩样块进行固定的固定夹具包括:基座,其上固定有支撑板,所述支撑板上开设有安装孔,所述安装孔的边缘设置有包围所述安装孔的环形限位台;岩样块夹紧部,其包括通过紧固螺栓可拆卸连接的主夹持块和副夹持块,所述主夹持块和副夹持块上均设置有相互配合对岩样块进行夹持的容纳槽;所述主夹持块的端部设置有穿过所述安装孔的圆形旋转部;限位部,其包括设置在环形限位台和圆形旋转部上的限位孔及插入限位孔内以限制主夹持块相对支撑板旋转的限位件。
5.根据权利要求4所述的岩体结构面三维形貌复刻方法,其特征在于,所述圆形旋转部包括穿过所述安装孔的圆形凸台,所述圆形凸台的端部固定有反向包围所述环形限位台的环形旋钮,所述圆形旋转部的限位孔开设于所述环形旋钮上,所述环形旋钮上设置有角度标线。
6.根据权利要求4或5所述的岩体结构面三维形貌复刻方法,其特征在于,还包括设置于所述主夹持块和/或副夹持块上,用于对拼接面所在端的岩样块进行支撑的支撑块。
7.根据权利要求4或5所述的岩体结构面三维形貌复刻方法,其特征在于,所述限位孔的断面为半圆形或者三角形。