[发明专利]岩体结构面粗糙度系数尺寸效应全域搜索测量方法

说明书

一种岩体结构面粗糙度系数尺寸效应全域搜索测量方法，包括以下步骤：(1)系列尺寸结构面粗糙度试样全域搜索和全样本提取，依据全域搜索分别得到的系列尺寸结构面全样本，依次提取尺寸试样所有点的空间坐标数据，根据样本对应位置分别进行编号与保存；(2)JRC全样本测量；(3)JRC尺寸效应规律分析。本发明提供一种使岩体结构面粗糙度系数尺寸效应测量结果具有可重复性和唯一性的岩体结构面粗糙度系数尺寸效应全域搜索测量方法。

技术领域

本发明涉及一种岩体结构面粗糙度系数(JRC)尺寸效应测量方法，特别的是本发明所提出的JRC尺寸效应全域搜索测量方法，颠覆了统计精度的传统认识，通过系列尺寸试样的全域搜索和JRC全样本测量，确保了结构面JRC尺寸效应规律的可重复性和唯一性，本发明属于工程技术领域。

背景技术

结构面是岩体中的薄弱环节，其抗剪强度参数的准确获取不管对岩体稳定性评价，还是基础建设工程设计，均具有至关重要的作用。结构面力学性质随取样尺寸的增大而变化是众所周知的现象，尺寸效应已成为研究结构面力学行为不可忽略的一个部分。结构面粗糙度系数与抗剪强度具有很好的一致性，粗糙度系数尺寸效应是结构面力学性质尺寸效应的本质根源。系统总结和分析结构面粗糙度系数的尺寸效应规律，是研究大、中、小等多种尺度岩体结构面抗剪强度参数的重要方面，具有重大的工程实用价值。近50年来，学者们陆续开展了大量有关结构面力学行为尺寸效应的研究工作，并尝试借助试验手段揭示岩体结构面尺寸效应的一般规律。岩体结构面的形成与发展经历了地质历史时期各种内外动力地质作用的改造和影响，致使结构面发育特征差异大。结构面随取样位置不同，其力学性质存在明显不同，而且试样尺寸越小、粗糙度越大，这种差异性越显著。目前研究者对岩体结构面力学性质尺寸效应变化规律的认识也不尽相同，甚至得到了相互矛盾的结论，将尺寸效应试验规律付诸于实践应用存在困难。前人对结构面尺寸效应研究的一个共同特点是，在进行不同尺寸结构面试样取样时带有主观性与随机性，且缺乏对所采集试样代表性的定量评估，结构面尺寸效应试样选取的非唯一性导致试验结果的不确定性和不可重复性，影响了尺寸效应试验规律的实际运用。

目前结构面试样取样方法主要有三类：分割取样法、渐进扩大取样法、简单随机取样法。分割取样方法的实质是在最大试样尺寸范围内，通过均匀分割实现小尺寸试样的制作。Barton、Muralha、Leichnitz等人基于分割取样方法开展了大量结构面尺寸效应试验研究工作。采用该方法时，随着取样尺寸的减少，试样数量成倍增大；受等分影响，无法获得尺寸效应研究的标准尺寸(10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm……)试样。渐进扩大取样法的实质为在尺寸效应研究范围内，人为选择取样起始点，每次以该点作为取样基准，逐渐扩大，依次获得各尺度结构面试样。徐磊、任青文，杜时贵，葛云峰、唐辉明等采用该方法系统研究了结构面抗剪强度与粗糙度尺寸效应性质，并获得了初步研究成果。虽然该方法能大大减少结构面试样的数量并能得到研究范围内系列尺寸的结构面试样，但是结构面不同位置处粗糙度系数(JRC)具有差异性，采用该方法时由于取样基准位置不同导致了试验结果的差异，试验规律受人为因素干扰，具有非确定性。简单随机取样法是目前工程中广泛应用的概率抽样方法，该取样方法受人为因素影响，取样结果具有随意性，不能保证取样的精度，所揭示的尺寸效应规律具有不确定性和不可重复性。

以分割取样法、渐进扩大取样法、随机取样法为代表的取样方法存在明显的局限性，取样结果因人而异，测量结果不具有重复性；统计样本数量确定困难，难以通过定量化计算得到，统计分析精度不统一；JRC统计测量结果只是样本总体真值的间接反映，两者存在明显差异。近年来计算机技术和信息技术的迅猛发展，为解决岩土工程中庞大的数据量运算提供了有利条件。依据统计学原理，将每次不同位置截取结构面起伏轮廓样本可视为一次独立事件，借助计算机辅助技术完全可以实现对构成样本总体的所有试样进行粗糙度测量，避免了人为指定样本数、测量结果不唯一的问题。

因此，针对目前岩体结构面粗糙度系数尺寸效应研究的局限性，亟需提出一种可保证结构面粗糙度系数尺寸效应规律具有可重复性和唯一性的测量方法。

发明内容