一種三維巖石結(jié)構(gòu)面剪切力學(xué)行為多重分形評估方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種三維巖體結(jié)構(gòu)面剪切強度評估方法。其步驟包括：⑴獲取巖石結(jié)構(gòu)面三維形貌數(shù)據(jù)；⑵按照多重分形計算公式計算結(jié)構(gòu)面多重分形特征參數(shù)和，并用其表示三維巖體結(jié)構(gòu)面的粗糙度；⑶對不同粗糙程度的巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行剪切力學(xué)試驗，獲得剪切力學(xué)參數(shù)，并按照步驟⑴和⑵計算各結(jié)構(gòu)面的和值；⑷用步驟⑶測試與計算數(shù)據(jù)擬合改進(jìn)的Barton剪切公式，從而獲得由或表達(dá)的三維巖石結(jié)構(gòu)面剪切強度公式。這樣，在工程實踐中可用該公式進(jìn)行巖石結(jié)構(gòu)面剪切強度評估。該公式克服了Barton公式僅考慮結(jié)構(gòu)面的二維特性及粗糙度系數(shù)JRC人為估值的缺陷，為全面評價巖石結(jié)構(gòu)面剪切強度特性提供一種方法。
【專利說明】一種三維巖石結(jié)構(gòu)面剪切力學(xué)行為多重分形評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種三維巖石結(jié)構(gòu)面剪切強度評估方法，屬于巖石力學(xué)領(lǐng)域范疇。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石結(jié)構(gòu)面抗剪強度的研究已有近半個世紀(jì)的歷史，至今為止，已經(jīng)提出較有影響的剪切強度模型不下十余種，典型的如表1。
[0003]表1代表性剪切強度模型
【權(quán)利要求】
1.一種三維巖石結(jié)構(gòu)面剪切強度評估方法，其特征在于，方法步驟包括: (1)獲取巖石試件結(jié)構(gòu)面數(shù)字圖像，用圖像灰度值表示巖石結(jié)構(gòu)面的三維形貌數(shù)據(jù)； (2)根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)面的三維數(shù)據(jù)，應(yīng)用投影覆蓋法，計算結(jié)構(gòu)面多重分形特征參數(shù)M<q)和/w(g).(3)選擇;r個不同粗糙程度的巖石結(jié)構(gòu)面，按照步驟(1)和(2)計算各結(jié)構(gòu)面的ΔΚφ和值，其中:G≥5); (4)對步驟(3)中的I個不同粗糙程度的巖石結(jié)構(gòu)面進(jìn)行剪切力學(xué)試驗，獲得組正應(yīng)力a與剪應(yīng)力^力學(xué)參數(shù)； (5)選取同類型結(jié)構(gòu)面做不同正應(yīng)力下的剪切試驗，按照摩爾庫倫準(zhǔn)則計算結(jié)構(gòu)面基本摩擦角A； (6)選取同類型的巖石試件進(jìn)行單軸抗壓試驗，確定結(jié)構(gòu)面壁面強度JCS； (7)以二維節(jié)理輪廓線Barton剪切公式為基礎(chǔ)，提出由多重分形參數(shù)M<q)或表達(dá)的三維剪切強度公式，表達(dá)式為+ 或
應(yīng)用最小二乘法原理，結(jié)合步驟(3)-(6)結(jié)構(gòu)面多重分形參數(shù)計算數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)面力學(xué)測試 數(shù)據(jù)，求得《^和》系數(shù)為:m = 337(? ,? = 32.607 ,則由多重分形參數(shù)ΔΒ(φ或Λ--表達(dá)的三維巖石結(jié)構(gòu)面剪切強度公式:或 r = fftttenp2.60?A￡3(q)lg:JCS ZltJ +八]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維巖石結(jié)構(gòu)面剪切強度評估方法，其特征在于，步驟1)用圖像灰度值表示巖石結(jié)構(gòu)面三維形貌特征的具體步驟為: ①將獲得的結(jié)構(gòu)面圖像轉(zhuǎn)化為256灰度圖； ②在灰度圖中O代表最暗，255代表最亮，在巖石結(jié)構(gòu)面中灰度最小值代表最低點，灰度最大值表示最高點，按照公式￥ =對結(jié)構(gòu)面中的灰度值進(jìn)行比例縮放，并使其單位轉(zhuǎn)化為像素，從而使縮放后的灰度值表示結(jié)構(gòu)面的實際尺寸，其中_表示結(jié)構(gòu)面圖像長度，單位像素，L表示結(jié)構(gòu)面實際長度，單位mm，咖表示圖像中最大灰度值，K*表示圖像中最小灰度值，表示結(jié)構(gòu)面內(nèi)最高點，單位mm，Λ—表示結(jié)構(gòu)面內(nèi)最低點，單位mm，ft為縮放比例系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維巖石結(jié)構(gòu)面剪切強度評估方法，其特征在于，步驟2)計算結(jié)構(gòu)面多重分形特征參數(shù)，具體步驟為: ①將結(jié)構(gòu)面劃分為<5χ?個網(wǎng)格，計算結(jié)構(gòu)面粗糙性概率，乃
4.一種三維巖石結(jié)構(gòu)面剪切強度評估方法，其特征在于，方法步驟包括: (O獲取巖石試件結(jié)構(gòu)面數(shù)字圖像，用圖像灰度值表示巖石結(jié)構(gòu)面的三維形貌特征； (2)根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)面的三維數(shù)據(jù)，應(yīng)用投影覆蓋法，計算結(jié)構(gòu)面多重分形特征參數(shù)竭〔1)和細(xì).(3)選取同類型結(jié)構(gòu)面做不同正應(yīng)力下的剪切試驗，按照摩爾庫倫準(zhǔn)則計算結(jié)構(gòu)面基本摩擦角叭; (4)選取同類型的巖石試件進(jìn)行單軸抗壓試驗，確定結(jié)構(gòu)面壁面強度JCS； (5 )將參數(shù) _.Φ、ΜΦ、叭、JCS 對應(yīng)地帶入 r = ffaten[33.709ADCq)lgCJCS /σ^ +fy 或〃\^^2.607^(#0^3/~偽]，即可計算出不同的1^正應(yīng)力對應(yīng)的^峰值剪應(yīng)力。
【文檔編號】G01N3/24GK103926156SQ201410142115
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】陳世江, 郭靈飛 申請人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)