[发明专利]岩石结构面剪切强度各向异性评价方法

说明书

本发明公开了一种岩石结构面剪切强度各向异性评价方法，其包括：S1、获取不同剪切方向的岩石结构面轮廓曲线模型；S2、基于岩石结构面的单边功率谱密度PSD*计算构成岩石结构面的各个频率成分对于岩石结构面粗糙度贡献的综合功率指标Pf；S3、计算经修正后的坡度均方根S4、基于综合功率指标Pf以及坡度均方根计算岩石结构面粗糙度参数PZ；S5、计算得到岩石结构面不同剪切方向上的剪切强度。本发明基于功率谱密度定量分析构成岩石结构面的各个频率成分对于岩石结构面粗糙度的贡献以及岩石结构面粗糙度的各向异性特征，能够更为全面的对于岩石结构面的剪切强度各向异性进行定量评价。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种基于功率谱密度的岩石结构面剪切强度各向异性评价方法。

背景技术

岩体由结构面与结构体构成，结构面的剪切强度远远低于结构体的剪切强度，因此通常情况下结构面的剪切强度是工程岩体稳定性的控制性因素。同时，由于岩石结构面的剪切强度具有明显的各向异性特征，对岩石结构面在不同剪切方向的剪切强度进行准确合理评价有利于寻找边坡等工程岩体的最危险滑动方向，进而对于工程岩体的稳定性进行合理评价。

在影响岩石结构面剪切行为的众多因素中，例如岩性，应力状态，粗糙度，含水率等等，岩石结构面的粗糙度对于岩石结构面剪切强度的影响显得尤为重要。岩石结构面的粗糙度在不同剪切方向具有明显的各向异性，进而导致结构面的剪切行为在不同剪切方向上具有明显的各向异性特征。因此，对于岩石结构面剪切强度各向异性的研究关键在于结构面粗糙度指标的选取与研究。1973年Barton提出了至今仍在工程实践中广泛使用的JRC-JCS剪切强度模型，采用结构面粗糙度系数(JRC)这一粗糙度指标反映岩石结构面的粗糙度对于结构面剪切行为影响。

在应用JRC-JCS剪切强度模型评价岩石结构面的剪切行为时，结构面粗糙度系数JRC准确评价最为重要，Barton给出了10条已知JRC值的标准轮廓曲线，采用通过与标准结构面轮廓曲线进行视觉对比的方法确定结构面粗糙度系数JRC值。然而，这种通过视觉对比确定结构面粗糙度的方法具有很大的主观性，在工程实践中往往因测试人员的经验不同而得到不同的结果。

为了客观准确地评价结构面的粗糙度，进而合理评价岩石结构面的剪切行为特征，国内外众多学者提出了大量岩石结构面粗糙度定量评价方法，可分为试验反算法，统计参数法以及分形几何法等。然而，试验反算法是JRC-JCS剪切强度模型进行剪切强度估算的逆过程，在工程实践应用中受到限制；统计参数法和分形几何法往往基于单一形貌参数指标对于结构面的粗糙度进行评价，难以全面衡量结构面的形貌特征，导致难以得到彼此统一可靠的粗糙度评价结果，同时，对于常用的粗糙度参数，如坡度均方根(Z2)、结构函数(SF)等，所得到的结构面粗糙度评价结果往往与所选用的参数的大小顺序不一致，出现彼此矛盾的现象。

自然界中岩体结构面的轮廓曲线可以看作由一系列拥有不同频率和幅值的正弦或余弦曲线频率成分叠加而成，目前用于岩石结构面粗糙度定量确定的方法中均未定量分析构成结构面轮廓曲线的各个频率对于整体结构面粗糙度的贡献，因而导致所得到的结构面粗糙度评价结果与所采用的参数指标存在不一致、彼此矛盾的现象，所得到结构面粗糙度评价结果准确性较差，可靠性不高，进而导致结构面的剪切特性评价不够合理。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种基于功率谱密度的岩石结构面剪切强度各向异性评价方法，其基于功率谱密度定量分析构成岩石结构面的各个频率成分对于岩石结构面粗糙度的贡献以及岩石结构面粗糙度的各向异性特征，能够更为全面的对于岩石结构面的剪切强度各向异性进行定量评价。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

提供了一种岩石结构面剪切强度各向异性评价方法，其包括如下步骤：

S1、获取不同剪切方向的岩石结构面轮廓曲线模型；