[发明专利]基于渐进取样的结构面三维粗糙度系数确定方法

说明书

一种基于渐进取样的结构面三维粗糙度系数确定方法，包括以下步骤：1)利用三维激光扫描仪扫描工程岩体结构面，获得结构面表面起伏形态的三维点云数据，将三维激光扫描图摆正，建立三维坐标系；2)对结构面进行采样；3)得到结构面上N₁条垂直于X轴的轮廓曲线的粗糙信息，N₂条垂直于Y轴的轮廓曲线的粗糙信息；4)对轮廓线进行渐进取样；5)得到轮廓线的二维粗糙度系数值；6)依次处理5)中获取的所有轮廓线，得到N＝N_x+N_y组值，并求取其平均值即是该结构面的三维粗糙度系数值。本发明即保证了样本的高代表性，又保证了在计算结构面轮廓线JRC^2d值时的合理性。

技术领域

本发明涉及一种利用二维渐进取样法求取结构面JRC值的确定方法。对结构面表面轮廓线进行网格式取样，获取大量结构面表面轮廓线，并利用二维渐进取样方法，对每条轮廓线样本进行采样，使获取的样本集能较好的代表轮廓线整体，之后通过对系列小区域样本轮廓线JRC值的计算，实现对每条轮廓线整体JRC值的计算，最后通过对每条轮廓线JRC值的计算，实现对结构面整体JRC值的计算。适用于计算大型岩石结构面三维粗糙度系数值的场合。

背景技术

研究表明，岩体的稳定性很大程度受岩石结构面的影响。而岩石结构面的力学性质与岩石结构面的表面粗糙度密切相关。Barton等最早提出利用结构面表面粗糙度系数(JRC)来量化结构面表面粗糙度，并提出10条标准粗糙度轮廓曲线及JRC-JCS模型。此后，如何计算JRC值便成为国内外学者研究的热点。目前对计算轮廓线JRC^2d值方法的研究逐渐成熟，主要计算方法有：经验估算法、统计参数法、直边法&修正直边法和分形维数法等。此后学者们将研究方向逐渐从对轮廓线JRC^2d的研究转向对结构面JRC^3d的研究，并取得丰硕的成果。目前学者们提出了大量的结构面JRC^3d的表征方法：Rs表征法、F(θ)表征法、Z2s表征法、表征法、表征法、三维分形维数D表征法、BAP表征法、SRv 表征法等。但学者们的研究主要针对结构面整体，对结合取样方法对结构面进行取样，利用大量小样本表征结构面整体的研究却较少。

在实际工程中，大型岩石结构面的尺寸往往非常大，如果以结构面整体为研究对象求取结构面JRC^3d值，将对实验设备和数据后处理提出较高的要求。而结合合理的取样方法，将对结构面整体的计算转化为对大量小型样本的计算，从而使计算过程得到简化。

目前对结合二维轮廓线取样计算岩体结构面JRC^3d方法主要有：(1)基于随机取样计算法：随机取样法是在结构面表面随机划取大量长度不等的结构面表面轮廓线样本，利用大量轮廓线的粗糙信息表征结构面整体粗糙信息。该取样方法获得的样本量较大，但样本覆盖的均匀性不够良好，因此样本代表性不够高，势必造成求值结果也不合理。且该类取样方法在对结构面轮廓线的取样中的研究鲜有报道；(2)均匀取样计算法：游志诚等利用样本大量剖面线的二维粗糙度系数 (JRC^2d)的平均近似值来近似代替样本结构面的三维粗糙度系数(JRC^3d)，即以每个结构面岩样表面中心为中心点，从0°开始，每隔5°作为一组剪切面，共 36个剪切面，每个剪切面上以1mm左右的间距切100条剖面线，随后编程算出每个剪切方向每条剖面线的粗糙度系数并求出其平均值即为准三维粗糙度系数，然后求出36个剪切面的准粗糙度系数的平均值，即为所求的三维粗糙度系数这种计算法在取样时，样本的均匀性足够，但整体覆盖度不够高。由于是利用大量轮廓线JRC2d值求取结构面JRC3d值，求得的轮廓线JRC2d值的准确性决定着结构面JRC3d值的准确性。因此，对计算每条样本轮廓线JRC2d值的方法的要求比较高。

发明内容