[发明专利]基于多元回归分析的工程岩体结构面粗糙度系数确定方法

权利要求书

1.一种基于多元回归分析的工程岩体结构面粗糙度系数确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)开展露天矿山边坡稳定性分级分析，确定边坡潜在破坏模式，确定潜在滑移面，找准潜在滑移面所对应的结构面；

(2)调查潜在滑移面所对应的结构面，搜索大面积暴露的结构面，采用手持式三维激光扫描仪获取结构面表面点云数据；

(3)依据分级分析结果，判断边坡潜在滑移方向，基于结构面点云数据，沿潜在滑移方向提取大尺度结构面轮廓曲线；

(4)采用全域搜索方法获取每条轮廓曲线不同尺寸下粗糙度系数，开展第一层次的统计分析，即对全域搜索方法获得的每条轮廓曲线不同尺寸条件下粗糙度系数计算结果的统计分析，分别获得不同尺寸条件下每条轮廓曲线粗糙度系数的统计平均值；

(5)依据获得的每条轮廓曲线粗糙度系数的统计平均值，按下式计算系列尺寸结构面粗糙度系数分形维数D_n实测值：

其中，JRC₁₀为结构面长度L₁₀＝10cm下的粗糙度系数的统计平均值；JRC_n为结构面长度为L_n时所对应的粗糙度系数的统计平均值；

(6)汇总所有测量轮廓曲线的系列尺寸粗糙度系数分形维数，开展第二层次的统计分析，即对每个尺寸条件下所有轮廓曲线的粗糙度系数分形维数统计分析，进而获取结构面各尺寸粗糙度系数分形维数的平均值与试样尺寸的关系，反映各尺寸粗糙度系数分形维数随试样尺寸变化的总体趋势，并用如下矩阵表达：

为所有轮廓曲线尺寸，即结构面长度L₂₀＝20cm试样所对应的粗糙度系数分形维数；为所有轮廓曲线尺寸，即结构面长度L₃₀＝30cm试样所对应的粗糙度系数分形维数；为所有轮廓曲线尺寸，即结构面长度L_10(n-1)＝(n-1)×10cm试样所对应的粗糙度系数分形维数；为所有轮廓曲线尺寸，即结构面长度L_10n＝n×10cm试样所对应的粗糙度系数分形维数；

(7)依据汇总的轮廓曲线系列尺寸粗糙度系数分形维数与试样尺寸的关系，绘制系列尺寸粗糙度系数分形维数与试样尺寸的关系散点图，选取接近系列尺寸粗糙度系数分形维数随试样尺寸变化规律的上限和下限两条轮廓曲线，即轮廓曲线M和轮廓曲线N的各尺寸粗糙度系数分形维数分别用矩阵表达如下：

为轮廓曲线M所对应的结构面长度L₂₀＝20cm试样所对应的粗糙度系数分形维数；为轮廓曲线M所对应的结构面长度L₃₀＝30cm试样所对应的粗糙度系数分形维数；为轮廓曲线M所对应的结构面长度L_10(n-1)＝(n-1)×10cm试样所对应的粗糙度系数分形维数；为轮廓曲线M所对应的结构面长度L_10n＝n×10cm试样所对应的粗糙度系数分形维数；

为轮廓曲线N所对应的结构面长度L₂₀＝220cm试样所对应的粗糙度系数分形维数；为轮廓曲线N所对应的结构面长度L₃₀＝30cm试样所对应的粗糙度系数分形维数；为轮廓曲线N所对应的结构面长度L_10(n-1)＝(n-1)×10cm试样所对应的粗糙度系数分形维数；为轮廓曲线N所对应的结构面长度L_10n＝n×10cm试样所对应的粗糙度系数分形维数；

(8)分别以矩阵A₀、A_M、A_N的第一行所有元素，即自变量x与第二行对应列的所有元素，即因变量y采用如下模型进行拟合：

y＝f_Iln(x)+f_Ⅱx+f_Ⅲ

式中f_I、f_Ⅱ、f_Ⅲ为拟合系数，共获得3组不同的f_I、f_Ⅱ、f_Ⅲ；

(9)构建拟合系数f_I、f_Ⅱ、f_Ⅲ与结构面长度为20cm、30cm、40cm结构面粗糙度系数分形维数D₂₀、D₃₀、D₄₀的三元一次方程组：

提取A₀中A_M中A_N中结合获得的3组f_I、f_Ⅱ、f_Ⅲ，求解获得三元一次方程组的系数A_I、A_Ⅱ、A_Ⅲ、B_I、B_Ⅱ、B_Ⅲ、C_I、C_Ⅱ、C_Ⅲ；

(10)依据上述步骤获得粗糙度系数尺寸效应分形维数D_n的多元回归预测模型：

D_n(L,D₂₀,D₃₀,D₄₀)＝f_Iln(L)+f_ⅡL+f_Ⅲ

(11)采用结构面粗糙度系数定向统计测量方法，获得潜在滑移面上长度为40cm的轮廓曲线，依据步骤(4)、(5)获得待测潜在滑移面20cm、30cm、40cm尺寸粗糙度系数分形维数的统计平均值D₂₀、D₃₀、D₄₀；

将潜在滑移面实际长度K，以及步骤(11)获得的粗糙度系数分形维数D₂₀、D₃₀、D₄₀即求得长度K所对应的潜在滑移面粗糙度系数分形维数D_k，将之带入如下JRC尺寸效应分形模型，即获得长度K所对应的潜在滑移面粗糙度系数JRC_k，