巖體結構面力學性質穩定閾值確定方法

2023-11-09 17:52:42 2

專利名稱：巖體結構面力學性質穩定閾值確定方法
技術領域：
本發明涉及巖體結構面力學性質穩定閾值確定方法。
背景技術：
在本發明作出之前，目前尚沒有巖體結構面力學性質穩定閾值確定方法。巖體結構面力學性質具有尺寸效應性質，由於沒有巖體結構面力學性質穩定閾值確定方法，無法解決室內力學性質試驗結果的尺寸效應折減取值、現場力學性質試驗的試樣尺寸確定和力學性質經驗估算長度的選取等問題。

發明內容本發明的目的是解決由於沒有巖體結構面力學性質穩定閾值確定方法，而無法解決室內力學性質試驗結果的尺寸效應折減取值、現場力學性質試驗的試樣尺寸確定和力學性質經驗估算長度的選取等問題的缺點，提供一種原理簡單，操作方便，成本低廉，使用效果好，便於在小尺寸結構面上確定巖體結構面力學性質穩定閾值的方法。
本發明所述的巖體結構面力學性質穩定閾值確定方法，包含以下順序步驟(1)在小尺寸巖體結構面上，對應所需測量方向均勻布置統計所需數目的長度分別為10cm和30cm的測段，採用輪廓曲線儀繪製上述測段的輪廓曲線；
(2)測量上述10cm測段的每個輪廓曲線的起伏幅度Ry0，由公式JRC0=49.2114e29450arctan[4Ry05]]]>分別計算每個10cm測段粗糙度係數JRC0值，根據每個10cm測段不同的粗糙度係數計算得到JRC0的期望值E(JRC0)；(3)測量上述30cm測段的每個輪廓曲線的起伏幅度Ry30，由公式JRC30=49.2114e29L0450L30arctan[8RY30L30]]]>分別計算每個30cm測段粗糙度係數JRC30值，根據每個30cm測段不同的粗糙度係數計算得到JRC30的期望值E(JRC30)；(4)由JRC尺寸效應分形模型E(JRC30)=E(JRC0)[L30L0]-D30,]]>換算得到巖體結構面JRC尺寸效應分維數D30；(5)將步驟(4)得到的JRC尺寸效應分維數D30值代入相對JRC尺寸效應率公式f=(0.1Ln)-D30-(0.1Ln-1)-D302-D30-1,]]>進行取樣長度Ln與相對JRC尺寸效應率f的敏感性分析，得到Ln-f關係圖，如圖1所示。在Ln-f關係圖上，取f＝5％時，Ln-f關係曲線上對應的取樣長度即巖體結構面粗糙度係數穩定閾值Ln*。
(6)將步驟(5)確定的巖體結構面粗糙度係數穩定閾值Ln*作為巖體結構面力學性質穩定閾值。
採用本發明具有以下優點將巖體結構面力學性質穩定閾值Ln*作為巖體結構面力學性質穩定性分析的依據，即進行巖體結構面室內力學性質試驗結果的尺寸效應折減取值、現場力學性質試驗的試樣尺寸確定和力學性質經驗估算長度的選取時，所選取的結構面的取樣尺寸應該大於Ln*，才能保證結構面力學性質的穩定性和可靠性，其結果可直接應用於工程巖體的穩定性評價計算。巖體結構面力學性質穩定閾值確定方法原理簡單，由於只需在小尺寸巖體結構面上進行粗糙度係數的統計測量而非常容易實現，成本低廉，使用效果好，便於確定巖體結構面力學性質穩定閾值，解決室內力學性質試驗結果的尺寸效應折減取值、現場力學性質試驗的試樣尺寸確定和力學性質經驗估算長度的選取等問題，具有較大的實施價值和社會經濟效益。


圖1為Ln-f關係2為小浪底SSE組節理Ln-f關係曲線具體實施方式
研究顯示，巖體結構面力學性質的尺寸效應主要由粗糙度係數的尺寸效應引起，故可以將巖體結構面粗糙度係數穩定閾值作為巖體結構面力學性質穩定閾值。北山閃長巖節理取樣尺寸為10cm至100cm的JRC統計測量結果發現，同一結構面相同方向不同取樣尺寸的JRC尺寸效應分維數(Dn)具有相對穩定性，Dn值圍繞某一特徵值Dn*上下波動(即Dn*-δ≤Dn≤Dn*+δ，δ為殘差，Dn*代表取樣長度小於Ln範圍內結構面的JRC尺寸效應分維數特徵值)。將不同取樣尺寸粗糙度係數的實測統計數據代入JRC尺寸效應分形模型D=-lg[JRCnJRC0]lg[LnL0]]]>進行最小二乘回歸分析可求取Dn*的值，將取樣尺寸為L30＝30cm粗糙度係數JRC30的實測統計值代入JRC尺寸效應分形模型D30=-lg[JRC30JRC0]lg[L30L0]]]>可得到D30的值，對J1-1節理四個測量方向16個樣本的Dn*和D30實測資料進行統計分析建立關係式Dn*＝0.897D30(1)這個性質決定了可以用小尺度結構面粗糙度係數測量結果D30來分析大尺度巖體結構面粗糙度係數的穩定閾值，進而確定巖體結構面力學性質的穩定閾值；北山閃長巖節理的研究結果顯示，在Ln≤106cm的範圍內，JRC尺寸效應分維數特徵值Dn*(可由D30表示)受取樣尺寸Ln變化的影響非常敏感，這種現象說明用JRC尺寸效應分維數指標(D30)來確定粗糙度係數穩定閾值具有很高的靈敏度。上述兩點發現證明了由D30的測定來求取粗糙度係數穩定閾值的科學性和合理性，可用於確定巖體結構面力學性質穩定閾值。
選取小浪底水庫風雨溝西側邊坡巖體SSE組節理，根據387條取樣長度分別為10cm和30cm輪廓曲線求得JRC0、JRC30的統計測量值，以及由JRC尺寸效應分形模型換算的D30值，結果列於表1。根據表1資料，分別繪製鈣質細砂巖節理、含鈣質結核粘土巖節理沿走向方向和沿傾向方向Ln-f關係曲線，如圖2所示。由圖2可求出，鈣質細砂巖節理走向方向的粗糙度係數穩定閾值Ln*為120cm，如圖2a所示，鈣質細砂巖節理傾向方向的粗糙度係數穩定閾值Ln*為110cm，如圖2b所示，含鈣質結核粘土巖節理走向方向的粗糙度係數穩定閾值Ln*為150cm，如圖2c所示，含鈣質結核粘土巖節理傾向方向的粗糙度係數穩定閾值Ln*為160cm，如圖2d所示。上述各方向節理的粗糙度係數穩定閾值即為相應的巖體結構面力學性質穩定閾值。
表1 小浪底SSE組節理粗糙度係數統計測量結果
權利要求
1.一種巖體結構面力學性質穩定閾值確定方法，其特徵在於包含以下順序步驟(1)在小尺寸巖體結構面上，對應所需測量方向均勻布置統計所需數目的長度分別為10cm和30cm的測段，採用輪廓曲線儀繪製上述測段的輪廓曲線；(2)測量上述10cm測段的每個輪廓曲線的起伏幅度Ry0，由公式JRC0=49.2114e29450arctan[4Ry05]]]>分別計算每個10cm測段粗糙度係數JRC0值，根據每個10cm測段不同的粗糙度係數計算得到JRC0的期望值E(JRC0)；(3)測量上述30cm測段的每個輪廓曲線的起伏幅度Ry30，由公式JRC30=49.2114e29L0450L30arctan[8RY30L30]]]>分別計算每個30cm測段粗糙度係數JRC30值，根據每個30cm測段不同的粗糙度係數計算得到JRC30的期望值E(JRC30)；(4)由JRC尺寸效應分形模型E(JRC30)=E(JRC0)[L30L0]-D30,]]>換算得到巖體結構面JRC尺寸效應分維數D30；(5)將步驟(4)得到的JRC尺寸效應分維數D30值代入相對JRC尺寸效應率公式f=(0.1Ln)-D30-(0.1Ln-1)-D302-D30-1,]]>進行取樣長度Ln與相對JRC尺寸效應率f的敏感性分析，得到Ln-f關係圖，在Ln-f關係圖上，取f＝5％時，Ln-f關係曲線上對應的取樣長度即巖體結構面粗糙度係數穩定閾值Ln*；(6)將步驟(5)確定的巖體結構面粗糙度係數穩定閾值Ln*作為巖體結構面力學性質穩定閾值。
全文摘要
本發明涉及一種巖體結構面力學性質穩定閾值確定方法，包含以下順序步驟在小尺寸巖體結構面上，對應所需測量方向均勻布置統計所需數目的長度分別為10cm和30cm的測段，繪製上述測段的輪廓曲線；分別測量上述測段的每個輪廓曲線的起伏幅度，計算每個測段粗糙度係數值，根據每個10cm、30cm測段不同的粗糙度係數計算得到期望值E(JRC
文檔編號G01N19/00GK1645101SQ20051004895
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月12日 優先權日2005年1月12日
發明者杜時貴 申請人:杜時貴