專利名稱：巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法。
背景技術：
在本發(fā)明作出之前，目前尚沒有巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法。巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)具有尺寸效應性質(zhì)，由于沒有巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法，無法解決室內(nèi)力學性質(zhì)試驗結(jié)果的尺寸效應折減取值、現(xiàn)場力學性質(zhì)試驗的試樣尺寸確定和力學性質(zhì)經(jīng)驗估算長度的選取等問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決由于沒有巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法，而無法解決室內(nèi)力學性質(zhì)試驗結(jié)果的尺寸效應折減取值、現(xiàn)場力學性質(zhì)試驗的試樣尺寸確定和力學性質(zhì)經(jīng)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，便于在小尺寸結(jié)構(gòu)面上確定巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(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，對應所需測量方向均勻布置統(tǒng)計所需數(shù)目的長度分別為10cm和30cm的測段，采用輪廓曲線儀繪制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測段粗糙度系數(shù)JRC0值，根據(jù)每個10cm測段不同的粗糙度系數(shù)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測段粗糙度系數(shù)JRC30值，根據(jù)每個30cm測段不同的粗糙度系數(shù)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(jié)構(gòu)面JRC尺寸效應分維數(shù)D30；(5)將步驟(4)得到的JRC尺寸效應分維數(shù)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關系圖，如圖1所示。在Ln-f關系圖上，取f＝5％時，Ln-f關系曲線上對應的取樣長度即巖體結(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)面力學性質(zhì)穩(wěn)定閾值。
采用本發(fā)明具有以下優(yōu)點將巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)穩(wěn)定閾值Ln*作為巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)穩(wěn)定性分析的依據(jù)，即進行巖體結(jié)構(gòu)面室內(nèi)力學性質(zhì)試驗結(jié)果的尺寸效應折減取值、現(xiàn)場力學性質(zhì)試驗的試樣尺寸確定和力學性質(zhì)經(jīng)驗估算長度的選取時，所選取的結(jié)構(gòu)面的取樣尺寸應該大于Ln*，才能保證結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)的穩(wěn)定性和可靠性，其結(jié)果可直接應用于工程巖體的穩(wěn)定性評價計算。巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)穩(wěn)定閾值確定方法原理簡單，由于只需在小尺寸巖體結(jié)構(gòu)面上進行粗糙度系數(shù)的統(tǒng)計測量而非常容易實現(xiàn)，成本低廉，使用效果好，便于確定巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)穩(wěn)定閾值，解決室內(nèi)力學性質(zhì)試驗結(jié)果的尺寸效應折減取值、現(xiàn)場力學性質(zhì)試驗的試樣尺寸確定和力學性質(zhì)經(jīng)驗估算長度的選取等問題，具有較大的實施價值和社會經(jīng)濟效益。


圖1為Ln-f關系2為小浪底SSE組節(jié)理Ln-f關系曲線具體實施方式
研究顯示，巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)的尺寸效應主要由粗糙度系數(shù)的尺寸效應引起，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)面力學性質(zhì)穩(wěn)定閾值。北山閃長巖節(jié)理取樣尺寸為10cm至100cm的JRC統(tǒng)計測量結(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尺寸效應分維數(shù)(Dn)具有相對穩(wěn)定性，Dn值圍繞某一特征值Dn*上下波動(即Dn*-δ≤Dn≤Dn*+δ，δ為殘差，Dn*代表取樣長度小于Ln范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)面的JRC尺寸效應分維數(shù)特征值)。將不同取樣尺寸粗糙度系數(shù)的實測統(tǒng)計數(shù)據(jù)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粗糙度系數(shù)JRC30的實測統(tǒng)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(jié)理四個測量方向16個樣本的Dn*和D30實測資料進行統(tǒng)計分析建立關系式Dn*＝0.897D30(1)這個性質(zhì)決定了可以用小尺度結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)測量結(jié)果D30來分析大尺度巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)的穩(wěn)定閾值，進而確定巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)的穩(wěn)定閾值；北山閃長巖節(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)象說明用JRC尺寸效應分維數(shù)指標(D30)來確定粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值具有很高的靈敏度。上述兩點發(fā)現(xiàn)證明了由D30的測定來求取粗糙度系數(shù)穩(wěn)定閾值的科學性和合理性，可用于確定巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)穩(wěn)定閾值。
選取小浪底水庫風雨溝西側(cè)邊坡巖體SSE組節(jié)理，根據(jù)387條取樣長度分別為10cm和30cm輪廓曲線求得JRC0、JRC30的統(tǒng)計測量值，以及由JRC尺寸效應分形模型換算的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關系曲線，如圖2所示。由圖2可求出，鈣質(zhì)細砂巖節(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)定閾值即為相應的巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)穩(wěn)定閾值。
表1 小浪底SSE組節(jié)理粗糙度系數(shù)統(tǒng)計測量結(jié)果
權利要求
1.一種巖體結(jié)構(gòu)面力學性質(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，對應所需測量方向均勻布置統(tǒng)計所需數(shù)目的長度分別為10cm和30cm的測段，采用輪廓曲線儀繪制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測段粗糙度系數(shù)JRC0值，根據(jù)每個10cm測段不同的粗糙度系數(shù)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測段粗糙度系數(shù)JRC30值，根據(jù)每個30cm測段不同的粗糙度系數(shù)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(jié)構(gòu)面JRC尺寸效應分維數(shù)D30；(5)將步驟(4)得到的JRC尺寸效應分維數(shù)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關系圖，在Ln-f關系圖上，取f＝5％時，Ln-f關系曲線上對應的取樣長度即巖體結(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，對應所需測量方向均勻布置統(tǒng)計所需數(shù)目的長度分別為10cm和30cm的測段，繪制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系數(shù)值，根據(jù)每個10cm、30cm測段不同的粗糙度系數(shù)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(yōu)先權日2005年1月12日
發(fā)明者杜時貴 申請人:杜時貴