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尺寸效应分形模型见式（Ⅰ），得到岩体结构面JRC尺寸效应分维数D₃₀；将D₃₀值代入相对JRC尺寸效应率公式见式（Ⅱ），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R_y0，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$f=\frac{{\left(0.1L_n\right)}^{{-D}_{30}}-{({0.1L}_n-1)}^{{-D}_{30}}}{2^{-D_{30}}-1},$进行取样长度L_n与相对JRC尺寸效应率f的敏感性分析，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^*；(6)将步骤(5)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_peak、k_s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。