各向異性巖體結構面抗剪強度取值方法

2023-12-02 06:18:46

專利名稱：各向異性巖體結構面抗剪強度取值方法
技術領域：
本發明涉及各向異性巖體結構面抗剪強度取值方法，適用於根據直剪試驗抗剪強度確定具有抗剪強度各向異性的巖體結構面抗剪強度的場合。
背景技術：
在本發明作出之前，尚沒有各向異性巖體結構面抗剪強度取值方法。巖體結構面抗剪強度具有各向異性和尺寸效應特徵，任意選取結構面直剪試驗方向進行直剪試驗得到的抗剪強度值並不能客觀地代表潛在滑移破壞方向巖體結構面的抗剪強度值。工程實踐中，很難做到結構面直剪試驗方向恰巧與結構面潛在滑移方向嚴格一致，更無法做到結構面直剪試驗的試樣尺寸剛好與工程巖體結構面的規模嚴格一致，由於沒有各向異性結構面抗剪強度取值方法，無法根據直剪試驗方向結構面試樣的直剪試驗結果，客觀求取潛在滑移方向的巖體結構面抗剪強度值。在以往的工程實踐中，人們通常將直剪試驗結果人為地按70％的係數進行折減取值，用於工程巖體穩定性計算評價，這種方法既不科學又不合理。
研究表明，結構面抗剪強度與粗糙度係數具有很強的相關性，且結構面粗糙度係數尺寸效應規律與抗剪強度尺寸效應規律具有較好的一致性。因此，可以由直剪試驗方向結構面的粗糙度係數定向統計值與潛在滑移破壞方向結構面的粗糙度係數定向統計值的相關性，以及粗糙度係數尺寸效應與抗剪強度尺寸效應的一致性來建立各向異性結構面抗剪強度取值方法。

發明內容本發明的目的是解決由於沒有各向異性巖體結構面抗剪強度取值方法，而無法根據直剪試驗方向的結構面抗剪強度確定潛在滑移破壞方向巖體結構面抗剪強度的缺點，提供一種原理簡單，操作方便，成本低廉，使用效果好，便於確定潛在滑移破壞方向巖體結構面抗剪強度的方法。
本發明所述的各向異常性結構面抗剪強度取值方法，包含以下順序步驟(1)巖體結構面直剪試樣取樣前，在原位巖體結構面表面均勻布置測量方向，測量方向間隔為10°；(2)對每一測量方向，分別按取樣長度10cm和30cm均勻布置測量線段，各取樣長度的測量線段數至少達到30段；對各測量線段進行結構面粗糙度係數測量，求得取樣長度為10cm的結構面粗糙度係數統計值JRC10和取樣長度為30cm的結構面粗糙度係數統計值JRC30，由JRC尺寸效應分形模型JRCn=JRC0[L30L10]-D30]]>求得各方向的D30值，式中L30＝30cm，L10＝10cm，JRCn為取樣長度為Ln的巖體結構面的粗糙度係數，JRC0為取樣長度為L10＝10cm巖體結構面的粗糙度係數，並由經驗公式D*＝k·D30求得各方向結構面粗糙度係數尺寸效應分維數特徵值D*(k為經驗係數，一般取0.95)；(3)根據各方向的JRC10和D*值，按滑移破壞方向的結構面抗剪強度評定長度Ln*，Ln*代表滑移破壞方向的結構面抗剪強度評定長度；由公式JRCn=JRC10[Ln*L10]-D*]]>計算在評定長度Ln*下的各方向結構面粗糙度係數；(4)根據在評定長度L10下的各方向結構面粗糙度係數JRC10和在評定長度Ln*下的各方向結構面粗糙度係數JRCn，作粗糙度係數JRC10和JRCn各向異性圖；(5)在粗糙度係數各向異性圖上求得直剪試驗方向的結構面粗糙度係數值JRC10(試)和JRCn(試)(JRC10(試)為直剪試驗方向取樣長度為L10＝10cm的巖體結構面粗糙度係數值，JRCn(試)為直剪試驗方向取樣長度為Ln*的巖體結構面粗糙度係數值)和滑移破壞方向的結構面粗糙度係數值JRC10(滑)和JRCn(滑)(所述的JRC10(滑)為滑移破壞方向取樣長度為L10＝10cm的巖體結構面粗糙度係數值，JRCn(滑)為滑移破壞向取樣長度為Ln*的巖體結構面粗糙度係數值；)；(6)由公式 計算直剪試驗方向在評定長度Ln*下的結構面抗剪強度(τ10(試)為直剪試驗方向取樣長度為L10＝10cm的巖體結構面抗剪強度值，τn(試)為直剪試驗方向取樣長度為Ln*的巖體結構面抗剪強度值)；(7)由公式 計算滑移破壞方向在評定長度Ln*下的結構面抗剪強度(τn(試)為直剪試驗方向取樣長度為Ln*的巖體結構面抗剪強度值，τn(滑)為滑移破壞方向取樣長度為Ln*的巖體結構面抗剪強度值)。
本發明的技術效果在於原理簡單，操作方便，成本低廉，使用效果好，便於確定潛在滑移破壞方向巖體結構面抗剪強度。


圖1是粗糙度係數JRC10和JRCn各向異性圖。
具體實施方式
各向異性巖體結構面抗剪強度取值方法，包含如下順序步驟(1)巖體結構面直剪試樣取樣前，在原位巖體結構面表面均勻布置測量方向，測量方向間隔為10°；(2)對每一測量方向，分別按取樣長度10cm和30cm均勻布置測量線段，各取樣長度的測量線段數至少達到30段；對各測量線段進行結構面粗糙度係數測量，求得取樣長度為10cm的結構面粗糙度係數統計值JRC10和取樣長度為30cm的結構面粗糙度係數統計值JRC30，由JRC尺寸效應分形模型JRCn=JRC0[L30L10]-D30]]>求得各方向的D30值，並由經驗公式D*＝k·D30求得各方向結構面粗糙度係數尺寸效應分維數特徵值D*(k為經驗係數，一般取0.95)；
表1列出了小浪底矽質細砂巖節理直剪試驗取樣長度(L0＝10cm)的粗糙度係數JRC10測量統計結果。表2列出了小浪底矽質細砂巖節理取樣長度L0＝30cm的粗糙度係數JRC30測量統計結果。表3是根據表1和表2資料由JRC尺寸效應分形模型JRC30=JRC0[L30L10]-D30]]>求得的各方向的D30值。表3還給出了由公式Dn*＝0.95D30得到的各方向結構面粗糙度係數尺寸效應分維數特徵值D*。
(3)根據各方向的JRC10和D*值，根據小浪底矽質細砂巖節理滑移破壞方向的結構面抗剪強度評定長度Ln*，(Ln*＝106cm)，由公式JRCn=JRC10[10610]-D*]]>計算在評定長度(Ln*＝106cm)下的各方向結構面粗糙度係數JRCn列於表4。
(4)根據在評定長度L10下的各方向結構面粗糙度係數JRC10和在評定長度Ln*下的各方向結構面粗糙度係數JRCn，作粗糙度係數JRC10和JRCn各向異性圖；(5)在粗糙度係數各向異性圖上求得直剪試驗方向的結構面粗糙度係數值JRC10(試)和JRCn(試)和滑移破壞方向的結構面粗糙度係數值JRC10(滑)和JRCn(滑)；(6)由公式 計算直剪試驗方向在評定長度Ln*下的結構面抗剪強度；(7)由公式 計算滑移破壞方向在評定長度Ln*下的結構面抗剪強度。
圖1是根據表1和表4資料繪製的粗糙度係數JRC10和JRCn各向異性圖。由圖1可知，直剪試驗方向(0°)的粗糙度係數測量統計值JRC0(試)為13.8，JRCn(試)為8.1；潛在滑移方向(16.8°)的粗糙度係數JRCn(滑)為7.1。五個10cm×10cm結構面試樣的直剪試驗抗剪強度τ0(試)為τ0(試)＝1.2922MPa，代入公式 求得直剪試驗方向的巖體結構面抗剪強度τn(試)為τ0(試)＝0.7585MPa，將τn(試)代入公式 求得潛在滑移方向的巖體結構面抗剪強度τn(滑)為τn(試)＝0.6648MPa。因此，小浪底矽質細砂巖取樣長度Ln＝106cm節理沿潛在滑移方向的抗剪強度為0.6648MPa，此值即可作為邊坡穩定性評價和加固處理方案設計的抗剪強度參數。
表1節理表面12個方向JRC10實測統計結果 表2節理表面12個方向JRC30實測統計結果 表3節理表面12個方向D30和D*值
表4節理表面12個方向JRCn值
權利要求
1.一種各向異性巖體結構面抗剪強度取值方法，包含如下順序步驟(1)巖體結構面直剪試樣取樣前，在原位巖體結構面表面均勻布置測量方向，測量方向間隔為10°；(2)對每一測量方向，分別按取樣長度10cm和30cm均勻布置測量線段，各取樣長度的測量線段數至少達到30段；對各測量線段進行結構面粗糙度係數測量，求得取樣長度為10cm的結構面粗糙度係數統計值JRC10和取樣長度為30cm的結構面粗糙度係數統計值JRC30，由JRC尺寸效應分形模型JRCn=JRC0[L30L10]-D30]]>求得各方向的D30值，L30＝30cm，L10＝10cm，JRCn為取樣長度為Ln的巖體結構面的粗糙度係數，JRC0為取樣長度為L10＝10cm巖體結構面的粗糙度係數，，並由經驗公式D*＝k·D30求得各方向結構面粗糙度係數尺寸效應分維數特徵值D*(k為經驗係數，一般取0.95)；(3)根據各方向的JRC10和D*值，按滑移破壞方向的結構面抗剪強度評定長度Ln*，Ln*代表滑移破壞方向的結構面抗剪強度評定長度；由公式JRCn=JRC10[Ln*L10]-D*]]>計算在評定長度Ln*下的各方向結構面粗糙度係數；(4)根據在評定長度L10下的各方向結構面粗糙度係數JRC10和在評定長度Ln*下的各方向結構面粗糙度係數JRCn，作粗糙度係數JRC10和JRCn各向異性圖；(5)在粗糙度係數各向異性圖上求得直剪試驗方向的結構面粗糙度係數值JRC10(試)和JRCn(試)和滑移破壞方向的結構面粗糙度係數值JRC10(滑)和JRCn(滑)，所述的JRC10(試)為直剪試驗方向取樣長度為L10＝10cm的巖體結構面粗糙度係數值，JRCn(試)為直剪試驗方向取樣長度為Ln*的巖體結構面粗糙度係數值)；所述的JRC10(滑)為滑移破壞方向取樣長度為L10＝10cm的巖體結構面粗糙度係數值，JRCn(滑)為滑移破壞向取樣長度為Ln*的巖體結構面粗糙度係數值；(6)由公式 計算直剪試驗方向在評定長度Ln*下的結構面抗剪強度，所述的τ10(試)為直剪試驗方向取樣長度為L10＝10cm的巖體結構面抗剪強度值，τn(試)為直剪試驗方向取樣長度為Ln*的巖體結構面抗剪強度值；(7)由公式 計算滑移破壞方向在評定長度Ln*下的結構面抗剪強度，所述的τn(試)為直剪試驗方向取樣長度為Ln*的巖體結構面抗剪強度值，τn(滑)為滑移破壞方向取樣長度為Ln*的巖體結構面抗剪強度值。
全文摘要
本發明涉及解決由於沒有各向異性巖體結構面抗剪強度取值方法，本發明根據直剪試驗方向的結構面抗剪強度確定潛在滑移破壞方向巖體結構面抗剪強度，提供一種原理簡單，操作方便，成本低廉，使用效果好，便於確定潛在滑移破壞方向巖體結構面抗剪強度的方法。
文檔編號G01N33/00GK101042321SQ20071006841
公開日2007年9月26日 申請日期2007年4月30日 優先權日2007年4月30日
發明者杜時貴, 羅戰友, 楊雲芳 申請人:浙江建設職業技術學院