[发明专利]一种岩体结构面二维粗糙度评价方法及系统

说明书

本发明涉及一种岩体结构面二维粗糙度评价方法及系统，包括如下步骤：建立岩体结构面上轮廓线的曲线模型，将所述曲线模型沿其所在平面的垂直方向平移预设宽度形成曲面；计算在水平剪应力和法向应力的共同作用下，所述曲面在所述水平剪应力方向上的潜在接触部分所提供的第一抗剪切力，以及所述曲面的水平投影面所提供的第二抗剪切力；计算所述第一抗剪切力与所述第二抗剪切力的比值，将所述比值作为所述轮廓线在所述水平剪应力方向上的粗糙度指标。本发明粗糙度指标考虑了岩体结构面粗糙度的方向性，且表征岩体结构面上单位长度轮廓线的抗剪切能力，与岩体结构面的抗剪强度存在较好的联系，进而利于构建岩体结构面抗剪强度估算模型。

技术领域

本发明涉及岩体力学技术领域，特别涉及一种岩体结构面二维粗糙度评价方法及系统。

背景技术

岩体结构面是指在岩体内部发育具有一定方向、规模和形态的物质分界面或不连续面，如层面、节理、断层、裂隙等。岩体结构面粗糙度对岩体强度、变形等力学性质具有一定控制作用，并直接影响岩体结构面的渗流特性。岩体结构面研究的目的之一便是准确而快速地定量评价其粗糙度，进而估算岩体结构面抗剪强度，最终服务工程实践。其中，岩体结构面粗糙程度的准确快速评价对岩体结构面抗剪强度的估算至关重要。

上世纪60年代，Myers提出基于坡度均方根Z₂(Slope Root Mean Square)对岩体结构面粗糙度进行定量描述。Patton基于规则齿状岩体结构面模型，研究了岩体结构面剪胀效应的破坏机制，指出了岩体结构面抗剪强度与齿面起伏角满足一定函数关系。Barton提出以粗糙度系数JRC(Joint Roughness Coefficient)来描述岩体结构面粗糙程度，并给出10条JRC标准轮廓线。结构函数SF(Structure Function)及粗糙轮廓指数R_P(RoughnessProfile Index)亦被先后提出，以定量评价岩体结构面粗糙程度。国内外学者针对岩体结构面粗糙度评价新方法、新参数的研究从未间断，如Lee等基于分形理论研究了岩体结构面粗糙度评价方法；Tatone等以潜在接触部分为研究对象，基于数理统计法提出二维粗糙度评价参数此外，岩体结构面粗糙度具有的尺寸效应、各向异性及采样间距效应亦被众多学者先后指出。

如上所述，现有岩体结构面粗糙度评价方法可分为3类，即经验取值法、数理统计法及分形维数法。这些评价方法可在一定程度上有效描述岩体结构面起伏形貌特征，但亦存在一定不足，如经验取值法获取的岩体结构面粗糙度评价结果存在一定主观性；多数数理统计法、分形维数法仅从单一的几何形态入手，未结合岩体结构面破坏机制，获取的岩体结构面粗糙度评价参数通常存在物理意义不明确、未与岩体结构面抗剪强度建立较好联系等问题。如Tatone等提出的二维粗糙度评价参数缺乏明确的物理意义；Myers提出的坡度均方根Z₂仅表征了轮廓线起伏角正切值的均方根平均值，而由Patton模型可知，起伏角与岩体结构面抗剪强度并非呈单纯的正切函数关系，因此，Myers提出的坡度均方根Z₂未与岩体结构面抗剪强度建立较好联系。然而，岩体结构面粗糙度评价参数应与其抗剪强度建立较好联系，才能进而利于岩体结构面抗剪强度估算模型的建立，更好地指导工程实践。

发明内容

本发明目的是提供一种岩体结构面二维粗糙度评价方法及系统，解决现有技术中存在的上述问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种岩体结构面二维粗糙度评价方法，包括如下步骤：

步骤1，建立岩体结构面上轮廓线的曲线模型，将所述曲线模型沿其所在平面的垂直方向平移预设宽度形成曲面；

步骤2，计算在水平剪应力和法向应力的共同作用下，所述曲面在所述水平剪应力方向上的潜在接触部分所提供的第一抗剪切力，以及所述曲面的水平投影面所提供的第二抗剪切力；