專(zhuān)利名稱(chēng)：巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明作出之前，目前尚沒(méi)有巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法。巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)具有尺寸效應(yīng)性質(zhì)，由于沒(méi)有巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法，無(wú)法解決室內(nèi)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果的尺寸效應(yīng)折減取值、現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)的試樣尺寸確定和力學(xué)性質(zhì)經(jīng)驗(yàn)估算長(zhǎng)度的選取等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決由于沒(méi)有巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法，而無(wú)法解決室內(nèi)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果的尺寸效應(yīng)折減取值、現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)的試樣尺寸確定和力學(xué)性質(zhì)經(jīng)驗(yàn)估算長(zhǎng)度的選取等問(wèn)題的缺點(diǎn)，提供一種原理簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，使用效果好，便于在小尺寸結(jié)構(gòu)面上確定巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值的方法。
本發(fā)明所述的巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法，包含以下順序步驟(1)在小尺寸巖體結(jié)構(gòu)面上，對(duì)應(yīng)所需測(cè)量方向均勻布置統(tǒng)計(jì)所需數(shù)目的長(zhǎng)度分別為10cm和30cm的測(cè)段，采用輪廓曲線(xiàn)儀繪制上述測(cè)段的輪廓曲線(xiàn)；
(2)測(cè)量上述10cm測(cè)段的每個(gè)輪廓曲線(xiàn)的起伏幅度Ry0，由公式JRC0=49.2114e29450arctan[4Ry05]]]>分別計(jì)算每個(gè)10cm測(cè)段粗糙度系數(shù)JRC0值，根據(jù)每個(gè)10cm測(cè)段不同的粗糙度系數(shù)計(jì)算得到JRC0的期望值E(JRC0)；(3)測(cè)量上述30cm測(cè)段的每個(gè)輪廓曲線(xiàn)的起伏幅度Ry30，由公式JRC30=49.2114e29L0450L30arctan[8RY30L30]]]>分別計(jì)算每個(gè)30cm測(cè)段粗糙度系數(shù)JRC30值，根據(jù)每個(gè)30cm測(cè)段不同的粗糙度系數(shù)計(jì)算得到JRC30的期望值E(JRC30)；(4)由JRC尺寸效應(yīng)分形模型E(JRC30)=E(JRC0)[L30L0]-D30,]]>換算得到巖體結(jié)構(gòu)面JRC尺寸效應(yīng)分維數(shù)D30；(5)將步驟(4)得到的JRC尺寸效應(yīng)分維數(shù)D30值代入相對(duì)JRC尺寸效應(yīng)率公式f=(0.1Ln)-D30-(0.1Ln-1)-D302-D30-1,]]>進(jìn)行取樣長(zhǎng)度Ln與相對(duì)JRC尺寸效應(yīng)率f的敏感性分析，得到Ln-f關(guān)系圖，如圖1所示。在Ln-f關(guān)系圖上，取f＝5％時(shí)，Ln-f關(guān)系曲線(xiàn)上對(duì)應(yīng)的取樣長(zhǎng)度即巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值Ln*。
(6)將步驟(5)確定的巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值Ln*作為巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值。
采用本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)將巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值Ln*作為巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性分析的依據(jù)，即進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)面室內(nèi)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果的尺寸效應(yīng)折減取值、現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)的試樣尺寸確定和力學(xué)性質(zhì)經(jīng)驗(yàn)估算長(zhǎng)度的選取時(shí)，所選取的結(jié)構(gòu)面的取樣尺寸應(yīng)該大于Ln*，才能保證結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定性和可靠性，其結(jié)果可直接應(yīng)用于工程巖體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)計(jì)算。巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法原理簡(jiǎn)單，由于只需在小尺寸巖體結(jié)構(gòu)面上進(jìn)行粗糙度系數(shù)的統(tǒng)計(jì)測(cè)量而非常容易實(shí)現(xiàn)，成本低廉，使用效果好，便于確定巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值，解決室內(nèi)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果的尺寸效應(yīng)折減取值、現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)的試樣尺寸確定和力學(xué)性質(zhì)經(jīng)驗(yàn)估算長(zhǎng)度的選取等問(wèn)題，具有較大的實(shí)施價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為L(zhǎng)n-f關(guān)系2為小浪底SSE組節(jié)理Ln-f關(guān)系曲線(xiàn)具體實(shí)施方式
研究顯示，巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的尺寸效應(yīng)主要由粗糙度系數(shù)的尺寸效應(yīng)引起，故可以將巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值作為巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值。北山閃長(zhǎng)巖節(jié)理取樣尺寸為10cm至100cm的JRC統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同一結(jié)構(gòu)面相同方向不同取樣尺寸的JRC尺寸效應(yīng)分維數(shù)(Dn)具有相對(duì)穩(wěn)定性，Dn值圍繞某一特征值Dn*上下波動(dòng)(即Dn*-δ≤Dn≤Dn*+δ，δ為殘差，Dn*代表取樣長(zhǎng)度小于Ln范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)面的JRC尺寸效應(yīng)分維數(shù)特征值)。將不同取樣尺寸粗糙度系數(shù)的實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)代入JRC尺寸效應(yīng)分形模型D=-lg[JRCnJRC0]lg[LnL0]]]>進(jìn)行最小二乘回歸分析可求取Dn*的值，將取樣尺寸為L(zhǎng)30＝30cm粗糙度系數(shù)JRC30的實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)值代入JRC尺寸效應(yīng)分形模型D30=-lg[JRC30JRC0]lg[L30L0]]]>可得到D30的值，對(duì)J1-1節(jié)理四個(gè)測(cè)量方向16個(gè)樣本的Dn*和D30實(shí)測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析建立關(guān)系式Dn*＝0.897D30(1)這個(gè)性質(zhì)決定了可以用小尺度結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)測(cè)量結(jié)果D30來(lái)分析大尺度巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)的穩(wěn)定閾值，進(jìn)而確定巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定閾值；北山閃長(zhǎng)巖節(jié)理的研究結(jié)果顯示，在Ln≤106cm的范圍內(nèi)，JRC尺寸效應(yīng)分維數(shù)特征值Dn*(可由D30表示)受取樣尺寸Ln變化的影響非常敏感，這種現(xiàn)象說(shuō)明用JRC尺寸效應(yīng)分維數(shù)指標(biāo)(D30)來(lái)確定粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值具有很高的靈敏度。上述兩點(diǎn)發(fā)現(xiàn)證明了由D30的測(cè)定來(lái)求取粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值的科學(xué)性和合理性，可用于確定巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值。
選取小浪底水庫(kù)風(fēng)雨溝西側(cè)邊坡巖體SSE組節(jié)理，根據(jù)387條取樣長(zhǎng)度分別為10cm和30cm輪廓曲線(xiàn)求得JRC0、JRC30的統(tǒng)計(jì)測(cè)量值，以及由JRC尺寸效應(yīng)分形模型換算的D30值，結(jié)果列于表1。根據(jù)表1資料，分別繪制鈣質(zhì)細(xì)砂巖節(jié)理、含鈣質(zhì)結(jié)核粘土巖節(jié)理沿走向方向和沿傾向方向Ln-f關(guān)系曲線(xiàn)，如圖2所示。由圖2可求出，鈣質(zhì)細(xì)砂巖節(jié)理走向方向的粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值Ln*為120cm，如圖2a所示，鈣質(zhì)細(xì)砂巖節(jié)理傾向方向的粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值Ln*為110cm，如圖2b所示，含鈣質(zhì)結(jié)核粘土巖節(jié)理走向方向的粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值Ln*為150cm，如圖2c所示，含鈣質(zhì)結(jié)核粘土巖節(jié)理傾向方向的粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值Ln*為160cm，如圖2d所示。上述各方向節(jié)理的粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值即為相應(yīng)的巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值。
表1 小浪底SSE組節(jié)理粗糙度系數(shù)統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法，其特征在于包含以下順序步驟(1)在小尺寸巖體結(jié)構(gòu)面上，對(duì)應(yīng)所需測(cè)量方向均勻布置統(tǒng)計(jì)所需數(shù)目的長(zhǎng)度分別為10cm和30cm的測(cè)段，采用輪廓曲線(xiàn)儀繪制上述測(cè)段的輪廓曲線(xiàn)；(2)測(cè)量上述10cm測(cè)段的每個(gè)輪廓曲線(xiàn)的起伏幅度Ry0，由公式JRC0=49.2114e29450arctan[4Ry05]]]>分別計(jì)算每個(gè)10cm測(cè)段粗糙度系數(shù)JRC0值，根據(jù)每個(gè)10cm測(cè)段不同的粗糙度系數(shù)計(jì)算得到JRC0的期望值E(JRC0)；(3)測(cè)量上述30cm測(cè)段的每個(gè)輪廓曲線(xiàn)的起伏幅度Ry30，由公式JRC30=49.2114e29L0450L30arctan[8RY30L30]]]>分別計(jì)算每個(gè)30cm測(cè)段粗糙度系數(shù)JRC30值，根據(jù)每個(gè)30cm測(cè)段不同的粗糙度系數(shù)計(jì)算得到JRC30的期望值E(JRC30)；(4)由JRC尺寸效應(yīng)分形模型E(JRC30)=E(JRC0)[L30L0]-D30,]]>換算得到巖體結(jié)構(gòu)面JRC尺寸效應(yīng)分維數(shù)D30；(5)將步驟(4)得到的JRC尺寸效應(yīng)分維數(shù)D30值代入相對(duì)JRC尺寸效應(yīng)率公式f=(0.1Ln)-D30-(0.1Ln-1)-D302-D30-1,]]>進(jìn)行取樣長(zhǎng)度Ln與相對(duì)JRC尺寸效應(yīng)率f的敏感性分析，得到Ln-f關(guān)系圖，在Ln-f關(guān)系圖上，取f＝5％時(shí)，Ln-f關(guān)系曲線(xiàn)上對(duì)應(yīng)的取樣長(zhǎng)度即巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值Ln*；(6)將步驟(5)確定的巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值Ln*作為巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法，包含以下順序步驟在小尺寸巖體結(jié)構(gòu)面上，對(duì)應(yīng)所需測(cè)量方向均勻布置統(tǒng)計(jì)所需數(shù)目的長(zhǎng)度分別為10cm和30cm的測(cè)段，繪制上述測(cè)段的輪廓曲線(xiàn)；分別測(cè)量上述測(cè)段的每個(gè)輪廓曲線(xiàn)的起伏幅度，計(jì)算每個(gè)測(cè)段粗糙度系數(shù)值，根據(jù)每個(gè)10cm、30cm測(cè)段不同的粗糙度系數(shù)計(jì)算得到期望值E(JRC
文檔編號(hào)G01N19/00GK1645101SQ20051004895
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月12日
發(fā)明者杜時(shí)貴 申請(qǐng)人:杜時(shí)貴