[发明专利]一种三维岩石结构面剪切力学行为多重分形评估方法

权利要求书

1.一种三维岩石结构面剪切强度评估方法，其特征在于，方法步骤包括：

（1）获取岩石试件结构面数字图像，用图像灰度值表示岩石结构面的三维形貌数据；

（2）根据岩石结构面的三维数据，应用投影覆盖法，计算结构面多重分形特征参数                                               和；

（3）选择个不同粗糙程度的岩石结构面，按照步骤（1）和（2）计算各结构面的和值，其中：（≥5）；

（4）对步骤（3）中的个不同粗糙程度的岩石结构面进行剪切力学试验，获得组正应力与剪应力力学参数；

（5）选取同类型结构面做不同正应力下的剪切试验，按照摩尔库伦准则计算结构面基本摩擦角；

（6）选取同类型的岩石试件进行单轴抗压试验，确定结构面壁面强度JCS；

（7）以二维节理轮廓线Barton剪切公式为基础，提出由多重分形参数或表达的三维剪切强度公式，表达式为或，应用最小二乘法原理，结合步骤（3）-（6）结构面多重分形参数计算数据和结构面力学测试数据，求得和系数为:，，则由多重分形参数或表达的三维岩石结构面剪切强度公式:或。

2.根据权利要求1所述的一种三维岩石结构面剪切强度评估方法，其特征在于，步骤1）用图像灰度值表示岩石结构面三维形貌特征的具体步骤为：

①将获得的结构面图像转化为256灰度图；

②在灰度图中0代表最暗，255代表最亮，在岩石结构面中灰度最小值代表最低点，灰度最大值表示最高点，按照公式对结构面中的灰度值进行比例缩放，并使其单位转化为像素，从而使缩放后的灰度值表示结构面的实际尺寸，其中，表示结构面图像长度，单位像素，表示结构面实际长度，单位mm，表示图像中最大灰度值，表示图像中最小灰度值，表示结构面内最高点，单位mm，表示结构面内最低点，单位mm，为缩放比例系数。

3.根据权利要求1所述的一种三维岩石结构面剪切强度评估方法，其特征在于，步骤2）计算结构面多重分形特征参数，具体步骤为：

①将结构面划分为个网格，计算结构面粗糙性概率，，其中是尺度为下，第（）个网格覆盖的结构面面积，该面积由两个三角形面积组成，每个三角形面积由海伦公式计算，是结构面的总面积即；

②在步骤①个网格尺度下，计算测度，，其中为测度距，进一步分别计算 、和的值；

③同样的方法，改变网格大小（，=1, 2…），重复步骤①、②计算过程，获得不同个网格尺度下的 、和的值；

④按照最小二乘法分别对不同个网格尺度下的和点对进行拟合，分别得到测度距为时的和值，为子集合的Hausdroff维数，为该测度下奇异性强度的平均值；

⑤重复步骤①—④可获得不同测度距对应的和值，进而不同测度距对应的广义分形维数由公式 获得，时，由公式获得；

⑥结构面多重分形谱特征参数和分别由最大、最小和最大、最小获得。

4.一种三维岩石结构面剪切强度评估方法，其特征在于，方法步骤包括：

（1）获取岩石试件结构面数字图像，用图像灰度值表示岩石结构面的三维形貌特征；

（2）根据岩石结构面的三维数据，应用投影覆盖法，计算结构面多重分形特征参数和；

（3）选取同类型结构面做不同正应力下的剪切试验，按照摩尔库伦准则计算结构面基本摩擦角；

（4）选取同类型的岩石试件进行单轴抗压试验，确定结构面壁面强度JCS；

（5）将参数、、、JCS对应地带入或，即可计算出不同的正应力对应的峰值剪应力。