[发明专利]解析岩体结构面各向异性尺寸效应特征的分形评估方法

说明书

一种解析岩体结构面各向异性尺寸效应特征的分形评估方法是基于各向异性变异系数AVC^3D提出的，通过对各向异性变异系数和采样尺寸进行归一化处理，发现两者呈现较好的线性函数关系，从而提出各向异性变异系数的分形表达式用于反映结构面各向异性的尺寸效应规律。本发明结合各向异性变异系数AVC^3D进行分维数特征值获取，使结构面各向异性分性行为研究更具代表性；利用不随尺度变化的分维数D分析不同采样尺寸的AVC^3D，实现了结构面各向异性的尺寸效应特征预测评估。

技术领域

本发明涉及一种解析岩体结构面各向异性尺寸效应特征的分形评估方法，适用于根据分维数D客观真实地描述结构面各向异性的尺寸效应规律。

背景技术

对于工程岩体结构面而言，稳定合理的尺度范围是准确评价岩体结构面力学性质强弱方向的关键。而结构面合理尺度范围的确定又需全面分析其各个方向上的尺寸效应。但是由于结构面存在复杂的各向异性，不同方向上粗糙程度不同，所以各向异性的尺寸效应规律较难体现。

考虑到分形方法对于定量描述不规则物体、物理量和自然现象具有较好的适应性，较多学者应用分维数表征结构面不同尺度的各向异性特征。王金安等、Kulatilake等通过分析结构面不同方向剖面上分维数的差异性反映各向异性随尺度的变化规律。但基于二维轮廓的各向异性分形研究考虑的是结构面局部表面信息，其整体代表性较难体现。孙辅庭等提出基于三维均方根抵抗角的节理面粗糙度分形描述方法以研究结构面各向异性分形行为，但该分维数依然是通过粗糙度获得的，粗糙度本身存在的各向异性又会导致分维数产生各向异性。基于此，结构面各向异性尺寸效应特征应使用不受方向影响的分维数做进一步研究。

近期，洪陈杰等提出了考虑正交方向三维粗糙参数的各向异性变异系数AVC^3D，该参数为各向异性定量化描述提供了新方法。

发明内容

为了克服已有技术无法实现岩体结构面各向异性尺寸效应特征的分形评估的不足，本发明提供了一种提供解析岩体结构面各向异性尺寸效应特征的分形评估方法，以分维数D客观真实地反映结构面各向异性的尺寸效应规律。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种解析岩体结构面各向异性尺寸效应特征的分形评估方，所述方法包括以下步骤：

1)利用三维激光扫描仪获取大范围尺寸的结构面表面三维形貌数据，然后截取所需研究结构面方形平面尺寸范围为l×l的三维点云数据；

2)基于渐进全覆盖统计方法获得的结构面初始采样尺寸l₁×l₁和l₂×l₂的结构面样本，计算得到推进间距为Δd及两个采样尺寸l₁×l₁和l₂×l₂的样本量分别为

3)针对采样尺寸为l₁×l₁下的N₁个结构面样本，根据各向异性变异系数AVC^3D的定义，选择三维形貌参数计算得到每个结构面样本的各向异性变异系数，获得采样尺寸l₁×l₁下所有N₁个结构面样本的均值；

4)重复步骤3)获得采样尺寸l₂×l₂对应的各向异性变异系数均值并对获得的各向异性变异系数均值及其对应采样尺寸面积进行对数归一化处理，确定各向异性变异系数的分维数D，

5)根据获得的各向异性变异系数分维数D，评价和预测其他采样尺寸l_i×l_i的均值，其中i＝1,2,...,n，用以反映结构面各向异性的尺寸效应规律。