一种三维岩石结构面剪切力学行为多重分形评估方法
【专利摘要】本发明提供一种三维岩体结构面剪切强度评估方法。其步骤包括：⑴获取岩石结构面三维形貌数据；⑵按照多重分形计算公式计算结构面多重分形特征参数和，并用其表示三维岩体结构面的粗糙度；⑶对不同粗糙程度的岩体结构面进行剪切力学试验，获得剪切力学参数，并按照步骤⑴和⑵计算各结构面的和值；⑷用步骤⑶测试与计算数据拟合改进的Barton剪切公式，从而获得由或表达的三维岩石结构面剪切强度公式。这样，在工程实践中可用该公式进行岩石结构面剪切强度评估。该公式克服了Barton公式仅考虑结构面的二维特性及粗糙度系数JRC人为估值的缺陷，为全面评价岩石结构面剪切强度特性提供一种方法。
【专利说明】一种三维岩石结构面剪切力学行为多重分形评估方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种三维岩石结构面剪切强度评估方法，属于岩石力学领域范畴。
【背景技术】
[0002]岩石结构面抗剪强度的研究已有近半个世纪的历史，至今为止，已经提出较有影响的剪切强度模型不下十余种，典型的如表1。
[0003]表1代表性剪切强度模型
【权利要求】
1.一种三维岩石结构面剪切强度评估方法，其特征在于，方法步骤包括: (1)获取岩石试件结构面数字图像，用图像灰度值表示岩石结构面的三维形貌数据； (2)根据岩石结构面的三维数据，应用投影覆盖法，计算结构面多重分形特征参数M<q)和/w(g).(3)选择;r个不同粗糙程度的岩石结构面，按照步骤(1)和(2)计算各结构面的ΔΚφ和值，其中:G≥5); (4)对步骤(3)中的I个不同粗糙程度的岩石结构面进行剪切力学试验，获得组正应力a与剪应力^力学参数； (5)选取同类型结构面做不同正应力下的剪切试验，按照摩尔库伦准则计算结构面基本摩擦角A； (6)选取同类型的岩石试件进行单轴抗压试验，确定结构面壁面强度JCS； (7)以二维节理轮廓线Barton剪切公式为基础，提出由多重分形参数M<q)或表达的三维剪切强度公式，表达式为+ 或
应用最小二乘法原理，结合步骤(3)-(6)结构面多重分形参数计算数据和结构面力学测试 数据，求得《^和》系数为:m = 337(? ,? = 32.607 ,则由多重分形参数ΔΒ(φ或Λ--表达的三维岩石结构面剪切强度公式:或 r = fftttenp2.60?A￡3(q)lg:JCS ZltJ +八]。
2.根据权利要求1所述的一种三维岩石结构面剪切强度评估方法，其特征在于，步骤1)用图像灰度值表示岩石结构面三维形貌特征的具体步骤为: ①将获得的结构面图像转化为256灰度图； ②在灰度图中O代表最暗，255代表最亮，在岩石结构面中灰度最小值代表最低点，灰度最大值表示最高点，按照公式￥ =对结构面中的灰度值进行比例缩放，并使其单位转化为像素，从而使缩放后的灰度值表示结构面的实际尺寸，其中_表示结构面图像长度，单位像素，L表示结构面实际长度，单位mm，咖表示图像中最大灰度值，K*表示图像中最小灰度值，表示结构面内最高点，单位mm，Λ—表示结构面内最低点，单位mm，ft为缩放比例系数。
3.根据权利要求1所述的一种三维岩石结构面剪切强度评估方法，其特征在于，步骤2)计算结构面多重分形特征参数，具体步骤为: ①将结构面划分为<5χ?个网格，计算结构面粗糙性概率，乃
4.一种三维岩石结构面剪切强度评估方法，其特征在于，方法步骤包括: (O获取岩石试件结构面数字图像，用图像灰度值表示岩石结构面的三维形貌特征； (2)根据岩石结构面的三维数据，应用投影覆盖法，计算结构面多重分形特征参数竭〔1)和細.(3)选取同类型结构面做不同正应力下的剪切试验，按照摩尔库伦准则计算结构面基本摩擦角叭; (4)选取同类型的岩石试件进行单轴抗压试验，确定结构面壁面强度JCS； (5 )将参数 _.Φ、ΜΦ、叭、JCS 对应地带入 r = ffaten[33.709ADCq)lgCJCS /σ^ +fy 或〃\^^2.607^(#0^3/~偽]，即可计算出不同的1^正应力对应的^峰值剪应力。
【文档编号】G01N3/24GK103926156SQ201410142115
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】陈世江, 郭灵飞 申请人:内蒙古科技大学