一種三維巖石結構面剪切力學行為多重分形評估方法

2023-09-20 01:36:05 4

一種三維巖石結構面剪切力學行為多重分形評估方法
【專利摘要】本發明提供一種三維巖體結構面剪切強度評估方法。其步驟包括：⑴獲取巖石結構面三維形貌數據；⑵按照多重分形計算公式計算結構面多重分形特徵參數和，並用其表示三維巖體結構面的粗糙度；⑶對不同粗糙程度的巖體結構面進行剪切力學試驗，獲得剪切力學參數，並按照步驟⑴和⑵計算各結構面的和值；⑷用步驟⑶測試與計算數據擬合改進的Barton剪切公式，從而獲得由或表達的三維巖石結構面剪切強度公式。這樣，在工程實踐中可用該公式進行巖石結構面剪切強度評估。該公式克服了Barton公式僅考慮結構面的二維特性及粗糙度係數JRC人為估值的缺陷，為全面評價巖石結構面剪切強度特性提供一種方法。
【專利說明】一種三維巖石結構面剪切力學行為多重分形評估方法
【技術領域】
[0001]本發明提供一種三維巖石結構面剪切強度評估方法，屬於巖石力學領域範疇。
【背景技術】
[0002]巖石結構面抗剪強度的研究已有近半個世紀的歷史，至今為止，已經提出較有影響的剪切強度模型不下十餘種，典型的如表1。
[0003]表1代表性剪切強度模型
【權利要求】
1.一種三維巖石結構面剪切強度評估方法，其特徵在於，方法步驟包括: (1)獲取巖石試件結構面數字圖像，用圖像灰度值表示巖石結構面的三維形貌數據； (2)根據巖石結構面的三維數據，應用投影覆蓋法，計算結構面多重分形特徵參數M<q)和/w(g).(3)選擇;r個不同粗糙程度的巖石結構面，按照步驟(1)和(2)計算各結構面的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構面進行剪切力學試驗，獲得組正應力a與剪應力^力學參數； (5)選取同類型結構面做不同正應力下的剪切試驗，按照摩爾庫倫準則計算結構面基本摩擦角A； (6)選取同類型的巖石試件進行單軸抗壓試驗，確定結構面壁面強度JCS； (7)以二維節理輪廓線Barton剪切公式為基礎，提出由多重分形參數M<q)或表達的三維剪切強度公式，表達式為+ 或
應用最小二乘法原理，結合步驟(3)-(6)結構面多重分形參數計算數據和結構面力學測試 數據，求得《^和》係數為:m = 337(? ,? = 32.607 ,則由多重分形參數ΔΒ(φ或Λ--表達的三維巖石結構面剪切強度公式:或 r = fftttenp2.60?A￡3(q)lg:JCS ZltJ +八]。
2.根據權利要求1所述的一種三維巖石結構面剪切強度評估方法，其特徵在於，步驟1)用圖像灰度值表示巖石結構面三維形貌特徵的具體步驟為: ①將獲得的結構面圖像轉化為256灰度圖； ②在灰度圖中O代表最暗，255代表最亮，在巖石結構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￥ =對結構面中的灰度值進行比例縮放，並使其單位轉化為像素，從而使縮放後的灰度值表示結構面的實際尺寸，其中_表示結構面圖像長度，單位像素，L表示結構面實際長度，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，表示結構面內最高點，單位mm，Λ—表示結構面內最低點，單位mm，ft為縮放比例係數。
3.根據權利要求1所述的一種三維巖石結構面剪切強度評估方法，其特徵在於，步驟2)計算結構面多重分形特徵參數，具體步驟為: ①將結構面劃分為<5χ?個網格，計算結構面粗糙性概率，乃
4.一種三維巖石結構面剪切強度評估方法，其特徵在於，方法步驟包括: (O獲取巖石試件結構面數字圖像，用圖像灰度值表示巖石結構面的三維形貌特徵； (2)根據巖石結構面的三維數據，應用投影覆蓋法，計算結構面多重分形特徵參數竭〔1)和細.(3)選取同類型結構面做不同正應力下的剪切試驗，按照摩爾庫倫準則計算結構面基本摩擦角叭; (4)選取同類型的巖石試件進行單軸抗壓試驗，確定結構面壁面強度JCS； (5 )將參數 _.Φ、ΜΦ、叭、JCS 對應地帶入 r = ffaten[33.709ADCq)lgCJCS /σ^ +fy 或〃\^^2.607^(#0^3/~偽]，即可計算出不同的1^正應力對應的^峰值剪應力。
【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 優先權日:2014年4月10日
【發明者】陳世江, 郭靈飛 申請人:內蒙古科技大學