[发明专利]不同采样间距下的结构面粗糙度系数统计方法

说明书

一种不同采样间距下的结构面粗糙度系数统计方法，包括以下步骤：1)选定所需分析的工程岩体结构面，沿着试验方向绘制出n条相互平行的二维轮廓剖面线，分别获取该n条曲线的二维数据参数；2)选取其中第i条二维剖面线，然后以采样间距Δx计算该二维剖面线的一阶导数均方根Z₂：3)当Δx数值介于0.005～0.05cm之间时，计算第i条二维剖面线对应的粗糙度系数特征值JRC_1i；当Δx数值介于0.05～采样间距最大值之间时，计算第i条二维剖面线对应的粗糙度系数特征值JRC_2i；4)然后对其它n‑1条曲线，同样按照步骤2)和步骤3)，最后统计出结构面沿着试验方向，采样间距为Δx的粗糙度系数平均值或本发明准确性较好。

技术领域

本发明涉及一种不同采样间距下的结构面粗糙度系数统计方法，尤其是本发明针对岩体结构面表面形态的二维轮廓曲线粗糙度系数，通过建立粗糙度系数与采样间距之间的关系，实现不同采样间距下的结构面粗糙度系数统计。

背景技术

岩体结构面粗糙度系数JRC(joint roughness coefficient)显著地影响岩体的强度、变形以及渗透等力学性质。统计参数法和分形分析法是定量确定JRC值的主要方法，而其中统计参数法是最被认可且应用较广泛的方法。为此，过去几十年中，研究者们开发了JRC与统计参数之间关系的相关公式，比较常用的JRC统计参数方法是利用剖面线的一阶导数均方根Z₂计算JRC，如JRC＝32.2+32.47log₁₀Z₂(Tse和Cruden’s，1979)，其中Δx为采样间距，M为采样间距的总数量，从Z₂的定义来看，Z₂取决于轮廓曲线的采样间距，不同采样间距对JRC值的影响较大。

而在分析Z₂与采样间距Δx的关系中，Yu and Vayssade(1991)提出用三个不同的采样间距0.025，0.05和0.1cm来描述结构面粗糙度系数；Tatone and Grasselli(2013)指出结构面的粗糙度系数随采样间距的减小而增加，表明采样间距对Tse and Cruden所提出的JRC估测方程的影响极大；张建明分析0.05、0.1、0.2、0.4cm四个采样间距下，统计参数与JRC之间的函数关系。但上述的研究中，采样间距的数量有限、大小不连续，且没有给出通用的公式，不具有普遍适用性。

发明内容

为了克服已有的结构面粗糙度系数统计方法无法综合考虑采样间距影响的不足，本发明提供一种准确性较好的不同采样间距下的结构面粗糙度系数统计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种不同采样间距下的结构面粗糙度系数统计方法，所述统计方法包括以下步骤：

1)选定所需分析的工程岩体结构面，对结构面表面进行扫描，获得结构面表面起伏形态的三维点云数据；然后根据选定的试验方向，按照设定的间隔，沿着试验方向绘制出n条相互平行的二维轮廓剖面线，分别获取该n条曲线的二维数据参数；

2)选取其中第i条二维剖面线，其中，i小于等于n，以曲线的左端点为坐标原点，建立x、y坐标，其中沿曲线长度方向为横坐标x轴，曲线起伏高度方向为y轴；然后以采样间距为Δx＝μ，按照如下公式计算该二维剖面线的一阶导数均方根Z₂：

3)当Δx数值介于0.005～0.05cm之间或等于0.05时，将计算得到的轮廓曲线的Z₂值代入公式(2)中，计算第i条二维剖面线对应的粗糙度系数特征值JRC_1i；

JRC_1i＝a₁+b₁logz₂ (2)