[发明专利]岩体结构面力学、水力学性质取值方法

摘要

本发明涉及大尺度岩体结构面力学、水力学性质取值方法，包含以下顺序步骤：在小尺寸岩体结构面上，对应所需测量方向均匀布置统计所需数目的长度分别为10cm和30cm的测段，绘制上述测段的轮廓曲线；分别测量上述轮廓曲线的起伏幅度，计算每个测段粗糙度系数值，根据每个粗糙度系数计算得到期望值E(JRC₀)、E(JRC₃₀)；由JRC尺寸效应分形模型，得到岩体结构面JRC尺寸效应分维数公式，得到L_n－f关系图，在L_n－f关系图上，取f＝5％时，L_n－f关系曲线上对应的取样长度即岩体结构面粗糙度系数稳定阈值L_n^*；将上述确定的岩体结构面粗糙度系数稳定阈值L_n^*作为岩体结构面力学、水力学性质稳定阈值代入公式，就可以进行大尺度岩体结构面力学、水力学性质取值。

主权项

1、一种岩体结构面力学、水力学性质取值方法，其特征在于包含以下顺序步骤：(1)在小尺寸岩体结构面上，对应所需测量方向均匀布置统计所需数目的长度分别为10cm和30cm的测段，采用轮廓曲线仪绘制上述测段的轮廓曲线；(2)测量上述10cm测段的每个轮廓曲线的起伏幅度Ry0，由公式${\mathrm{JRC}}_0=49.2114e^{\frac{29}{450}}\arctan \left[\frac{{4R}_{y0}}{5}\right]$ 分别计算每个10cm测段粗糙度系数JRC0值，根据每个10cm测段不同的粗糙度系数计算得到JRC0的期望值E(JRC0)；(3)测量上述30cm测段的每个轮廓曲线的起伏幅度Ry30，由公式${\mathrm{JRC}}_{30}=49.2114e^{\frac{29L_0}{{450L}_{30}}}\arctan \left[\frac{8R_{Y30}}{L_{30}}\right]$ 分别计算每个30cm测段粗糙度系数JRC30 值，根据每个30cm测段不同的粗糙度系数计算得到JRC30的期望值E(JRC30)；(4)由JRC尺寸效应分形模型$E\left({\mathrm{JRC}}_{30}\right)=E\left({\mathrm{JRC}}_0\right){\left[\frac{L_{30}}{L_0}\right]}^{{-D}_{30}},$ 换算得到岩体结构面JRC尺寸效应分维数D30；(5)将步骤(4)得到的JRC尺寸效应分维数D30值代入相对JRC尺寸效应率公式$f=\frac{{\left({0.1L}_n\right)}^{-D_{30}}-{(0.1L_n-1)}^{-D_{50}}}{2^{-D_{30}}-1},$ 进行取样长度Ln与相对JRC尺寸效应率f的敏感性分析，得到Ln-f关系图，在Ln-f关系图上，取f＝5％时，Ln-f关系曲线上对应的取样长度即岩体结构面粗糙度系数稳定阈值Ln*；(6)将步骤(5)确定的岩体结构面粗糙度系数稳定阈值Ln*，作为岩体结构面力学、水力学性质稳定阈值代入下列公式，就可以进行大尺度岩体结构面力学、水力学性质取值：${\tau }_{\mathrm{peak}\left(n\right)}={\tau }_{\mathrm{peak}\left(0\right)}·{\left[\frac{{L_n}^{*}}{L_0}\right]}^{-D_1}---\left(1\right)$ $c_{\left(n\right)}=c_{\left(0\right)}·{\left[\frac{{L_n}^{*}}{L_0}\right]}^{-D_3}---\left(3\right)$ $d_{\left(n\right)}=d_{\left(0\right)}·{\left[\frac{{L_n}^{*}}{L_0}\right]}^{-D_4}---\left(4\right)$ ${\delta }_{\mathrm{peak}\left(n\right)}={\delta }_{\mathrm{peak}\left(0\right)}·{\left[\frac{{L_n}^{*}}{L_0}\right]}^{D_5}---\left(5\right)$ $k_{s\left(n\right)}=k_{s\left(0\right)}·{\left[\frac{{L_n}^{*}}{L_0}\right]}^{{-D}_6}---\left(6\right)$ $K_{\left(n\right)}=K_{\left(0\right)}·{\left[\frac{{L_n}^{*}}{L_0}\right]}^{-D_7}---\left(7\right)$ 上列各式中，τ、、c、d、δ、k和K分别代表岩体结构面抗剪强度、岩体结构面峰值摩擦角、岩体结构面内聚力、岩体结构面峰值剪胀角、岩体结构面峰值剪位移、岩体结构面法向刚度和岩体结构面渗透系数，下标n代表大尺度岩体结构面的力学或水力学性质，0代表实验尺寸(即L0＝10cm)时的结构面力学或水力学性质。D1、D2、D3、D4、D5、D6和D7分代表岩体结构面抗剪强度、岩体结构面峰值摩擦角、岩体结构面内聚力、岩体结构面峰值剪胀角、岩体结构面峰值剪位移、岩体结构面法向刚度和岩体结构面渗透系数的尺寸效应分维数。