[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

说明书

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，从准确获取尺寸效应分形维数D_n的角度，基于多元回归分析处理，获得长度K所对应的潜在滑移面粗糙度系数分形维数D_k，将粗糙度系数分形维数D_k、潜在滑移面实际长度K，以及粗糙度系数分形维数D₂₀、D₃₀、D₄₀将之带入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。本发明保证了大尺度结构面粗糙度系数预测结果的可靠性，避免传统方法因采用经验值代替D_n造成预测结果误差大的问题。

技术领域

本发明属于工程技术领域，涉及一种工程岩体结构面粗糙系数的确定方法，特别是本发明基于结构面粗糙度系数尺寸效应分维数与试样尺寸关系所构建的多元回归模型能提供与实测结果更符合的尺寸效应分维数，确保了工程岩体结构面粗糙度预测结果的可靠性。

背景技术

岩体结构面抗剪强度是控制岩质边坡稳定性的关键因素之一。结构面的抗剪强度性质主要决定于结构面的形态、连续性、胶结填充特征及壁岩性质、次生变化和受力历史(反复剪切次数)等等。对于硬性结构面，表面形态是控制结构面力学性质的决定性因素。结构面粗糙度系数(JRC)是描述表面粗糙起伏形态对结构面抗剪强度影响的力学指标。同时，JRC-JCS模型目前是唯一能够应用于工程实践的结构面抗剪强度参数的经验估算方法。因此，准确获取工程岩体结构面的粗糙度系数对岩质边坡稳定性精准评价具有重要意义。

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。大量学者通过试验研究证明了结构面粗糙度系数具有尺寸效应的客观事实。然而，工程中人们为了把小尺度结构面粗糙度系数测量结果直接应用到工程大尺度的结构面中，通常做法是把小尺度结构面粗糙度系数测定结果人为折减70％应用于具体边坡岩体结构面抗剪强度的确定，它掩盖了结构面粗糙度系数具有尺寸效应的客观属性，既不科学也不合理，可靠度低。为了解决工程尺度结构面粗糙度系数取值难题，国内外学者开展了基于尺寸效应规律的结构面粗糙度系数获取方法研究，其中具有代表性的研究如下：

Barton与Bandis(1980)在大量试验的基础上，得到了考虑尺寸效应的JRC计算公式：

式中，L₀表示实验室试样结构面的长度，即100mm；L_n表示工程岩体结构面的长度；JRC₀为结构面长度(100mm)下的粗糙度系数；JRC_n为工程岩体结构面的粗糙度系数。

杜时贵(1997)基于分形几何的码尺法分维数D与结构面粗糙度的物理意义剖析，认为分维数与JRC之间不存在必然相关性，但在实测资料统计分析基础上构建的JRC尺寸效应分形模型能客观而真实地刻画粗糙度系数随取样长度增大而降低的规律，该JRC尺寸效应分形模型如下：

式中，JRC_n、D_n分别为工程岩体结构面所对应的结构面粗糙度系数及尺寸效应分维数，L_n为岩体结构面尺寸。

对比上述Barton、Bandis(1980)提出的经验公式，杜时贵(1997)的预测模型采用尺寸效应分形维数D_n取代经验系数0.02JRC₀的做法，具有明确的物理意义，原则上工程岩体结构面的粗糙度系数预测结果更准确。然而，预测结果可靠与否直接取决于获取尺寸效应分形维数D_n的准确性。