本发明涉及地下工程技术领域，尤其涉及一种模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法和装置。
背景技术：
巷道是矿山开采中的命脉工程，承担着人员作业、基建施工和矿石运输等重要任务，直接影响着矿山的安全发展和高效生产。随着开采深度的增加，矿山巷道所处的环境不断恶化，一系列工程灾害如岩体大变形、巷道强流变、顶板垮落、底板隆起、岩爆等日益严重。因此，对巷道变形破坏模式、特征及发生机制等问题的研究具有非常重要的意义。
目前，针对巷道变形及失稳方面的研究主要依靠现场调查、理论分析、数值模拟和物理试验。但现场调查需要大量的人力物力，且影响因素复杂，很难控制变量；理论分析需要对原型进行大量的假设和简化，用数学模型描述工程尺度的问题十分困难；数值技术已有了长足的进步，但对于条件复杂、机理不明的问题，仍具有局限性。相比之下，物理试验能够还原复杂条件下原型由弹性到塑性，直至破坏的全过程，且变量可控，是一种更形象、更具说服力的研究方法。
近年来，学者们采用物理模型试验方法对不同工况下的巷道变形规律进行了大量研究，但试验中仍存在以下缺点与不足：一是所建模型多数只考虑均质结构或层状结构，对于发育多组交叉节理围岩下的巷道开挖问题研究不多。究其原因，主要是在由于在物理模型试验中，制作多组结构面的围岩模型工艺复杂，工作量大；二是所使用的巷道挖掘方法扰动较大，如小型铲、锹手动凿挖等，掘进过程对模型产生过大的扰动影响，不利于试验现象分析及试验数据采集。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法和装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，所述方法包括：
获取目标巷道的基本信息，并结合试验条件参数和所述目标巷道的基本信息，确定构筑所述目标巷道的概化模型的基本信息；
根据试验目的，确定控制变量，并基于buckinghamπ相似定理和所述控制变量，确定所述目标巷道和所述概化模型的相似关系；
基于buckingham理论、所述相似关系、所述目标巷道的基本信息和所述概化模型的基本信息，得到构筑所述概化模型的原材料和相应配比信息，以及所需砌块的数量；
根据所述概化模型的基本信息、所述原材料和相应配比信息以及所需砌块的数量，构筑所述目标巷道的概化模型，并利用所述概化模型和拆模装置模拟所述目标巷道的开挖试验。
进一步地，所述基于buckinghamπ相似定理和所述控制变量，确定所述目标巷道和所述概化模型的相似关系，具体包括：
基于π定理，计算所述目标巷道的基本信息中的控制变量和所述概化模型的基本信息中控制变量的比值，得到相似系数；
根据所述相似系数，得到所述目标巷道的基本信息中的物理量与所述概化模型的基本信息中的物理量的相似关系。
进一步地，所述基于buckingham理论、所述相似关系、所述目标巷道的基本信息和所述概化模型的基本信息，得到构筑所述概化模型的原材料和相应配比信息，具体包括：
根据buckingham理论和所述相似关系，将所述目标巷道的基本信息中的岩石物理和力学参数换算为构筑所述概化模型的材料参数值，所述材料参数值包括密度、抗压强度、弹性模量和泊松比；
根据所述材料参数值，采用正交设计、均匀设计和/或目标逼近法进行相似材料配比试验，并根据所述配比试验的结果，确定构筑所述概化模型的岩石相似材料、岩体相似材料和节理面相似材料的配比。
进一步地，所述基于buckingham理论、所述相似关系、所述目标巷道的基本信息和所述概化模型的基本信息，得到构筑所述概化模型所需砌块的数量，具体包括：
根据所述相似关系中的所述目标巷道和所述概化模型的几何相似比，将所述目标巷道的基本信息中的岩体结构的节理间距和长度按照预设比例进行缩小尺寸，得到所述砌块的宽和高，并根据预设模型箱的尺寸，确定所述砌块的长度；
根据所述砌块的宽、高和长度以及所述概化模型的基本信息中的所述概化模型的尺寸，得到构筑所述概化模型所需砌块的数量。
进一步地，所述获取目标巷道的基本信息，具体包括：
根据对所述目标巷道的现场地质调查及地质勘察资料，获取所述目标巷道的基本信息，其中，所述目标巷道的基本信息包括地层岩性、地质构造、围岩结构、地应力和巷道断面形状及尺寸。
进一步地，所述根据所述概化模型的基本信息、所述原材料和相应配比信息以及所需砌块的数量，构筑所述目标巷道的概化模型，具体包括：
根据所述目标巷道的基本信息中的巷道断面形状及尺寸，预制所述目标巷道所对应的预埋件；
根据构建所述概化模型的尺寸信息，在模型箱底部使用所述岩体相似材料浇筑适当厚度的垫层，并在所述垫层上将砌块按照所述目标巷道的节理特征进行堆砌，所述砌块间采用所述节理面相似材料进行粘结，堆砌结束后，采用所述岩体相似材料将所述模型箱内的其他位置进行浇筑，得到所述目标巷道的概化模型。
进一步地，所述并利用所述概化模型和拆模装置模拟所述目标巷道的开挖试验，具体包括：
当所述概化模型养护完成后，根据待研究区应力条件对所述概化模型加压；
在有压条件下使用所述拆模装置中的螺旋牵引器拔出所述预埋件，以模拟所述目标巷道的开挖，并记录模拟所述目标巷道的开挖过程中以及开挖完成后所述目标巷道的变形破坏特征、关键部位岩体的位移和力学性质分布情况。
进一步地，所述方法还包括：
在所述概化模型搭建过程中，将所述预埋件放入所述概化模型中时，所述预埋件用塑料薄膜包裹。
进一步地，所述方法还包括：
在所述概化模型搭建过程中，在相应位置安装传感器，所述传感器包括压力传感器、应力传感器和光纤光栅。
所述拆模装置包括所述螺旋牵引器和卡板，所述螺旋牵引器包括摇杆固定器和摇杆；
所述卡板通过挡板和固定螺丝与所述模型箱连接；
所述卡板设置有矩形槽，所述摇杆固定器设置于所述矩形槽中，所述摇杆穿过所述矩形槽和所述摇杆固定器后，与所述模型箱连接。
本方法发明的有益效果是：提出了一种模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，获取目标巷道的基本信息，并结合试验条件参数和所述目标巷道的基本信息，确定构筑所述目标巷道的概化模型的基本信息；根据试验目的，确定控制变量，并基于buckinghamπ相似定理和所述控制变量，确定所述目标巷道和所述概化模型的相似关系；基于buckingham理论、所述相似关系、所述目标巷道的基本信息和所述概化模型的基本信息，得到构筑所述概化模型的原材料和相应配比信息，以及所需砌块的数量；根据所述概化模型的基本信息、所述原材料和相应配比信息以及所需砌块的数量，构筑所述目标巷道的概化模型，并利用所述概化模型和拆模装置模拟所述目标巷道的开挖试验。本发明通过浇-砌混合的模型搭建方法，可以充分体现出节理围岩的结构效应，提高试验效率，适用于研究岩体结构影响下巷道开挖的变形特征及破坏机理；同时，通过改变砌块尺寸及搭建方式，可以研究不同岩体结构类型(如层状结构、块状结构等)，不同结构面特性(如结构面间距、长度、倾角等)对巷道变形破坏的影响；其次，通过预埋件配合螺旋牵引器的开挖方法，可以有效降低开挖过程对围岩的扰动，有压条件下的开挖也可以真实还原原型巷道的实际情况，操作简便，成功率高；最后还可以通过改变预埋模具的尺寸、形状和数量，可以研究不同特征巷道的开挖变形破坏情况，也可以对多巷道情况下巷道间的相互作用进行探讨。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种模拟节理岩体巷道开挖试验的建模装置，所述装置包括：
采集模块，用于获取目标巷道的基本信息，并结合试验条件参数和所述目标巷道的基本信息，确定构筑所述目标巷道的概化模型的基本信息；
计算模块，用于根据试验目的，确定控制变量，并基于buckinghamπ相似定理和所述控制变量，确定所述目标巷道和所述概化模型的相似关系；
构建模块，用于基于buckingham理论、所述相似关系、所述目标巷道的基本信息和所述概化模型的基本信息，得到构筑所述概化模型的原材料和相应配比信息，以及所需砌块的数量；
试验模块，用于根据所述概化模型的基本信息、所述原材料和相应配比信息以及所需砌块的数量，构筑所述目标巷道的概化模型，并利用所述概化模型和拆模装置模拟所述目标巷道的开挖试验。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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为本发明实施例所述的一种模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法的流程示意图；
图2为本发明实施例所述的一种模拟节理岩体巷道开挖试验的建模装置的模块示意图；
图3为本发明实施例所述的构筑完成的概化模型的示意图。
图4为本发明实施例所述的预埋件的示意图示意图。
图5为本发明另一实施例所述的预埋件的示意图。
图6为本发明另一实施例所述的预埋件示意图。
图7为本发明另一实施例所述的卡板主视图。
图8为本发明另一实施例所述的卡板右视图。
图9为本发明另一实施例所述的摇杆主视图。
图中：1-浇筑区，2-砌筑区，3-预埋件，4-岩体相似材料，5-岩石相似材料，6-预制砌块，7-节理面相似材料，8-内嵌螺母，9-顶丝，10-挡板，11-矩形槽，12-摇杆固定器，13-固定螺丝，14-摇杆孔，15-螺纹摇杆，16-圆形挡板，17-摇把。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1本发明实施例所述的一种模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，所述方法包括：
110、获取目标巷道的基本信息，并结合试验条件参数和所述目标巷道的基本信息，确定构筑所述目标巷道的概化模型的基本信息。
120、根据试验目的，确定控制变量，并基于buckinghamπ相似定理和所述控制变量，确定所述目标巷道和所述概化模型的相似关系。
130、基于buckingham理论、所述相似关系、所述目标巷道的基本信息和所述概化模型的基本信息，得到构筑所述概化模型的原材料和相应配比信息，以及所需砌块的数量。
140、根据所述概化模型的基本信息、所述原材料和相应配比信息以及所需砌块的数量，构筑所述目标巷道的概化模型，并利用所述概化模型和拆模装置模拟所述目标巷道的开挖试验。
基于上述实施例，进一步地，步骤130中具体包括：
基于π定理，计算所述目标巷道的基本信息中的控制变量和所述概化模型的基本信息中控制变量的比值，得到相似系数；
根据所述相似系数，得到所述目标巷道的基本信息中的物理量与所述概化模型的基本信息中的物理量的相似关系。
进一步地，步骤130中具体包括：
根据buckingham理论和所述相似关系，将所述目标巷道的基本信息中的岩石物理和力学参数换算为构筑所述概化模型的材料参数值，所述材料参数值包括密度、抗压强度、弹性模量和泊松比；
根据所述材料参数值，采用正交设计、均匀设计和/或目标逼近法进行相似材料配比试验，并根据所述配比试验的结果，确定构筑所述概化模型的岩石相似材料、岩体相似材料和节理面相似材料的配比。
进一步地，步骤130中还包括：
根据所述相似关系中的所述目标巷道和所述概化模型的几何相似比，将所述目标巷道的基本信息中的岩体结构的节理间距和长度按照预设比例进行缩小尺寸，得到所述砌块的宽和高，并根据预设模型箱的尺寸，确定所述砌块的长度；
根据所述砌块的宽、高和长度以及所述概化模型的基本信息中的所述概化模型的尺寸，得到构筑所述概化模型所需砌块的数量。
进一步地，步骤110中包括：
根据对所述目标巷道的现场地质调查及地质勘察资料，获取所述目标巷道的基本信息，其中，所述目标巷道的基本信息包括地层岩性、地质构造、围岩结构、地应力和巷道断面形状及尺寸。
进一步地，步骤130中还包括：
根据所述目标巷道的基本信息中的巷道断面形状及尺寸，预制所述目标巷道所对应的预埋件；
根据构建所述概化模型的尺寸信息，在模型箱底部使用所述岩体相似材料浇筑适当厚度的垫层，并在所述垫层上将砌块按照所述目标巷道的节理特征进行堆砌，所述砌块间采用所述节理面相似材料进行粘结，堆砌结束后，采用所述岩体相似材料将所述模型箱内的其他位置进行浇筑，得到所述目标巷道的概化模型。
进一步地，步骤140中具体包括：
当所述概化模型养护完成后，根据待研究区应力条件对所述概化模型加压；
在有压条件下使用所述拆模装置中的螺旋牵引器拔出所述预埋件，以模拟所述目标巷道的开挖，并记录模拟所述目标巷道的开挖过程中以及开挖完成后所述目标巷道的变形破坏特征、关键部位岩体的位移和力学性质分布情况。
进一步地，在所述概化模型搭建过程中，将所述预埋件放入所述概化模型中时，所述预埋件用塑料薄膜包裹。
进一步地，在所述概化模型搭建过程中，在相应位置安装传感器，所述传感器包括压力传感器、应力传感器和光纤光栅。
所述拆模装置包括所述螺旋牵引器和卡板，所述螺旋牵引器包括摇杆固定器和摇杆；
所述卡板通过挡板和固定螺丝与所述模型箱连接；
所述卡板设置有矩形槽，所述摇杆固定器设置于所述矩形槽中，所述摇杆穿过所述矩形槽和所述摇杆固定器后，与所述模型箱连接。
应理解，预埋件材质为铸铁，尺寸和形状由目标巷道的参数决定，预埋件的中心内嵌螺母，螺母尺寸与摇杆尺寸匹配。卡板由厚钢板制成，模拟开挖过程中固定在预埋件和摇杆间作为持力装置。卡板端部包含上下两个挡板和两个顶丝，将卡板与模型箱连接。卡板开一矩形槽，并配有一摇杆固定器，摇杆穿过矩形槽和固定器与预埋件相连。
摇杆固定器中部开一圆形洞，圆洞尺寸由摇杆粗细决定，摇杆固定器端部有一固定螺丝，通过调整固定器位置实现摇杆和预埋件的正交接触。
摇杆由螺纹钢制成，螺纹尺寸与预埋件的中心内嵌螺纹匹配，摇杆长度由预埋件的尺寸决定。
摇杆尾部嵌套一圆形挡板，挡板后连接一“z”型摇把，通过旋转摇把牵引预埋件完成巷道模拟开挖过程。
应理解，首选基于野外现场地质调查及地质勘查资料，掌握目标巷道的基本信息，包括地层岩性、地质构造、围岩结构、地应力、巷道断面形状及尺寸等。结合本次试验目的、模型制作工艺、模型箱尺寸、加载装置阈值等具体试验条件信息，确定拟建目标巷道的概化模型。其中，概化模型中需要明确概化模型的几何尺寸、所模拟围岩的岩性及结构、开挖巷道断面的形状及尺寸等信息。
由于物理模型试验要求保持模型和实物原型之间的相似性，但是由于材料、设备和工艺等方面的困难，很难达到全面的相似，所以一般情况下，根据研究的目的挑选几个重要的指标来完成相似。对于模拟巷道开挖的物理模型试验，选择几何长度和材料密度作为控制变量。基于buckinghamπ相似定理，将目标巷道和对应的概化模型中量纲相同的物理量的比值定义为相似系数。先通过控制变量计算相似系数，再根据目标巷道和对应的概化模型的物理量间的关系换算出所有物理量的相似系数，即得到目标巷道和概化模型之间的相似关系。
基于相似判据和buckingham定理，将目标巷道的岩石物理、力学参数换算出概化模型材料的参数值，包括密度、抗压强度、弹性模量、泊松比等。相似原材料一般要求具有较好的和易性，容易成型，凝固时间短，来源广，价格低，对人体无毒害等条件。较常用的骨料为砂子，胶结物为水泥和石膏，增重料为重晶石粉，降强料为云母片。根据各模型材料的属性选择合理原材料，并采用正交设计、均匀设计或目标逼近法进行相似材料配比试验。根据试验结果分别确定岩石相似材料、岩体相似材料以及节理面相似材料的配比。
通过目标巷道和概化模型的几何相似比，将现场调查中测量的目标岩体结构中节理间距和长度按比例进行相应的缩尺，分别得到砌块的宽和高，砌块的长度由模型箱的尺寸决定。然后根据概化模型尺寸和砌块尺寸，换算出所需砌块的数量。
按照目标巷道的形状和尺寸，采用铸铁预制巷道的预埋件。根据拟建概化模型尺寸，在模型箱底部使用岩体相似材料浇筑适当厚度的垫层，在该层上将砌块按照原型节理特征堆砌，砌块间采用节理面相似材料粘结，堆砌结束后，采用岩体相似材料将模型箱内其他位置浇筑完成。
在概化模型搭建过程中，将预埋件放入概化模型中，预埋件用塑料薄膜包裹，以减小阻力，降低开挖扰动。同时，在建模过程中也可以在相应位置安装传感器，如压力传感器、应力传感器、光纤光栅等。
如图3-9所示，待模型养护完成后，根据研究区应力条件对概化模型加压，在有压条件下使用螺旋牵引器拔出预埋件，实现模拟目标巷道的开挖，并记录模拟开挖过程中以及开挖完成后目标巷道的变形破坏特征，关键部位岩体的位移和力学性质分布情况，从而完成试验过程。
具体地，待概化模型养护完成后，将卡板的挡板10紧贴模型箱表面，通过顶丝9将卡板固定在模型箱上。摇杆固定器12可以在矩形槽11的范围内任意移动，调整摇杆固定器12的位置，使得摇杆孔14与预埋件3内的内嵌螺母8保持在一条水平线，并通过固定螺丝13将摇杆固定器12固定。
将螺纹摇杆15穿过摇杆孔14插入到预埋件3中的内嵌螺母8中，圆形挡板16紧贴摇杆固定器12外壁，并通过旋转摇把17实现预埋件的脱模。
最后，根据目标区应力条件对概化模型加压，在有压条件下使用螺旋牵引器拔出预埋件3，以完成模拟目标巷道的开挖过程。在巷道开挖过程中，记录巷道变形破坏特征及演化规律，获取关键部位岩体应力、应变分布情况。此外，通过控制摇把17的旋转速度，控制巷道开挖速度，并且通过改变预埋件3的形状和数量，可实现不同因素影响下巷道变形破坏情况的探讨。
基于上述实施例所提出的一种模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，获取目标巷道的基本信息，并结合试验条件参数和所述目标巷道的基本信息，确定构筑所述目标巷道的概化模型的基本信息；根据试验目的，确定控制变量，并基于buckinghamπ相似定理和所述控制变量，确定所述目标巷道和所述概化模型的相似关系；基于buckingham理论、所述相似关系、所述目标巷道的基本信息和所述概化模型的基本信息，得到构筑所述概化模型的原材料和相应配比信息，以及所需砌块的数量；根据所述概化模型的基本信息、所述原材料和相应配比信息以及所需砌块的数量，构筑所述目标巷道的概化模型，并利用所述概化模型和拆模装置模拟所述目标巷道的开挖试验。本发明通过浇-砌混合的模型搭建方法，可以充分体现出节理围岩的结构效应，提高试验效率，适用于研究岩体结构影响下巷道开挖的变形特征及破坏机理；同时，通过改变砌块尺寸及搭建方式，可以研究不同岩体结构类型(如层状结构、块状结构等)，不同结构面特性(如结构面间距、长度、倾角等)对巷道变形破坏的影响；其次，通过预埋件配合螺旋牵引器的开挖方法，可以有效降低开挖过程对围岩的扰动，有压条件下的开挖也可以真实还原原型巷道的实际情况，操作简便，成功率高；最后还可以通过改变预埋模具的尺寸、形状和数量，可以研究不同特征巷道的开挖变形破坏情况，也可以对多巷道情况下巷道间的相互作用进行探讨。
如图2所示，一种模拟节理岩体巷道开挖试验的建模装置3包括：
采集模块，用于获取目标巷道的基本信息，并结合试验条件参数和所述目标巷道的基本信息，确定构筑所述目标巷道的概化模型的基本信息；
计算模块，用于根据试验目的，确定控制变量，并基于buckinghamπ相似定理和所述控制变量，确定所述目标巷道和所述概化模型的相似关系；
构建模块，用于基于buckingham理论、所述相似关系、所述目标巷道的基本信息和所述概化模型的基本信息，得到构筑所述概化模型的原材料和相应配比信息，以及所需砌块的数量；
试验模块，用于根据所述概化模型的基本信息、所述原材料和相应配比信息以及所需砌块的数量，构筑所述目标巷道的概化模型，并利用所述概化模型和拆模装置模拟所述目标巷道的开挖试验。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
1.一种模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标巷道的基本信息，并结合试验条件参数和所述目标巷道的基本信息，确定构筑所述目标巷道的概化模型的基本信息；
根据试验目的，确定控制变量，并基于buckinghamπ相似定理和所述控制变量，确定所述目标巷道和所述概化模型的相似关系；
基于buckingham理论、所述相似关系、所述目标巷道的基本信息和所述概化模型的基本信息，得到构筑所述概化模型的原材料和相应配比信息，以及所需砌块的数量；
根据所述概化模型的基本信息、所述原材料和相应配比信息以及所需砌块的数量，构筑所述目标巷道的概化模型，并利用所述概化模型和拆模装置模拟所述目标巷道的开挖试验。
2.根据权利要求1所述的模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，其特征在于，所述基于buckinghamπ相似定理和所述控制变量，确定所述目标巷道和所述概化模型的相似关系，具体包括：
基于π定理，计算所述目标巷道的基本信息中的控制变量和所述概化模型的基本信息中控制变量的比值，得到相似系数；
根据所述相似系数，得到所述目标巷道的基本信息中的物理量与所述概化模型的基本信息中的物理量的相似关系。
3.根据权利要求1所述的模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，其特征在于，所述基于buckingham理论、所述相似关系、所述目标巷道的基本信息和所述概化模型的基本信息，得到构筑所述概化模型的原材料和相应配比信息，具体包括：
根据buckingham理论和所述相似关系，将所述目标巷道的基本信息中的岩石物理和力学参数换算为构筑所述概化模型的材料参数值，所述材料参数值包括密度、抗压强度、弹性模量和泊松比；
根据所述材料参数值，采用正交设计、均匀设计和/或目标逼近法进行相似材料配比试验，并根据所述配比试验的结果，确定构筑所述概化模型的岩石相似材料、岩体相似材料和节理面相似材料的配比。
4.根据权利要求1所述的模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，其特征在于，所述基于buckingham理论、所述相似关系、所述目标巷道的基本信息和所述概化模型的基本信息，得到构筑所述概化模型所需砌块的数量，具体包括：
根据所述相似关系中的所述目标巷道和所述概化模型的几何相似比，将所述目标巷道的基本信息中的岩体结构的节理间距和长度按照预设比例进行缩小尺寸，得到所述砌块的宽和高，并根据预设模型箱的尺寸，确定所述砌块的长度；
根据所述砌块的宽、高和长度以及所述概化模型的基本信息中的所述概化模型的尺寸，得到构筑所述概化模型所需砌块的数量。
5.根据权利要求1所述的模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，其特征在于，所述获取目标巷道的基本信息，具体包括：
根据对所述目标巷道的现场地质调查及地质勘察资料，获取所述目标巷道的基本信息，其中，所述目标巷道的基本信息包括地层岩性、地质构造、围岩结构、地应力和巷道断面形状及尺寸。
6.根据权利要求1所述的模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，其特征在于，所述根据所述概化模型的基本信息、所述原材料和相应配比信息以及所需砌块的数量，构筑所述目标巷道的概化模型，具体包括：
根据所述目标巷道的基本信息中的巷道断面形状及尺寸，预制所述目标巷道所对应的预埋件；
根据构建所述概化模型的尺寸信息，在模型箱底部使用所述岩体相似材料浇筑适当厚度的垫层，并在所述垫层上将砌块按照所述目标巷道的节理特征进行堆砌，所述砌块间采用所述节理面相似材料进行粘结，堆砌结束后，采用所述岩体相似材料将所述模型箱内的其他位置进行浇筑，得到所述目标巷道的概化模型。
7.根据权利要求6所述的模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，其特征在于，所述利用所述概化模型和拆模装置模拟所述目标巷道的开挖试验，具体包括：
当所述概化模型养护完成后，根据待研究区应力条件对所述概化模型加压；
在有压条件下使用所述拆模装置中的螺旋牵引器拔出所述预埋件，以模拟所述目标巷道的开挖，并记录模拟所述目标巷道的开挖过程中以及开挖完成后所述目标巷道的变形破坏特征、关键部位岩体的位移和力学性质分布情况。
8.根据权利要求6所述的模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述概化模型搭建过程中，在相应位置安装传感器，所述传感器包括压力传感器、应力传感器和光纤光栅。
9.根据权利要求6所述的模拟节理岩体巷道开挖试验的建模方法，其特征在于，所述拆模装置包括所述螺旋牵引器和卡板，所述螺旋牵引器包括摇杆固定器和摇杆；
所述卡板通过挡板和固定螺丝与所述模型箱连接；
所述卡板设置有矩形槽，所述摇杆固定器设置于所述矩形槽中，所述摇杆穿过所述矩形槽和所述摇杆固定器后，与所述模型箱连接。
10.一种模拟节理岩体巷道开挖试验的建模装置，其特征在于，所述装置包括：
采集模块，用于获取目标巷道的基本信息，并结合试验条件参数和所述目标巷道的基本信息，确定构筑所述目标巷道的概化模型的基本信息；
计算模块，用于根据试验目的，确定控制变量，并基于buckinghamπ相似定理和所述控制变量，确定所述目标巷道和所述概化模型的相似关系；
构建模块，用于基于buckingham理论、所述相似关系、所述目标巷道的基本信息和所述概化模型的基本信息，得到构筑所述概化模型的原材料和相应配比信息，以及所需砌块的数量；
试验模块，用于根据所述概化模型的基本信息、所述原材料和相应配比信息以及所需砌块的数量，构筑所述目标巷道的概化模型，并利用所述概化模型和拆模装置模拟所述目标巷道的开挖试验。
技术总结