[发明专利]一种基于分层概率抽样的小尺寸岩石模型结构面试样代表性取样方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩体结构面抗剪强度的尺寸效应领域，尤其是一种小尺寸岩石模型结构面试样代表性取样方法。

背景技术

岩体结构面抗剪强度具有尺寸效应的特性，为得到岩体结构面抗剪强度的尺寸效应规律，需开展不同尺寸的结构面抗剪强度直剪试验。但结构面的直剪试验特点决定了一个原岩结构面只能进行一次破坏性试验，为统计分析结构面抗剪强度的尺寸效应规律，需人工制作不同尺寸的岩石结构面模型试样，而系列尺寸模型试样的制作特点是大尺寸结构面包含小尺寸结构面。当将大尺寸结构面等间距分割成小尺寸结构面后，结构面试样随着尺寸减小试样样本量逐渐增大，其试样制作和直剪试验的工作量也逐渐增大，试验周期和试验成本也随之增加。如尺寸为1000mm*1000mm的大尺寸结构面按照等间距的均匀网格划分（如图1），分别可划分成25个200mm*200mm网格、100个100mm*100mm网格的小尺寸试样。当对小尺寸试样进行力学试验时，选取所有的小尺寸试样进行试验是不现实的，可见，采用合适的取样方法使选取的试样能够代表该尺度结构面的力学特征对于小尺寸试样显得尤为重要。

在本发明作出之前，现有的工程岩体试验规范中关于直剪试验的试样选取，对岩体的质量和取样位置均有规定，但规范中试样以150mm和300mm两种尺寸为主，几何尺寸相对单一，并未涉及不同尺寸试样的取样代表性要求，也未对取样的误差要求和标准提出要求。根据Barton的JRC-JCS模型的力学机制，结构面的壁岩强度和表面起伏形态是影响抗剪强度的两个主要因素，对于相同尺寸的同一组模型结构面试样，其壁岩强度是相同的，具有代表性的结构面试样就是选择能够代表该尺寸的表面起伏形态试样。但结构面表面形态具有非均一性等特征，即沿同一方向测量，各测量段的表面形态也存在差异。因此，在结构面力学性质的尺寸效应研究中，分析结构面的非均一性特点，并使得选取的样本能代表该尺寸的表面形态规律是代表性试样选取的重点。而现有的系列尺寸岩石模型结构面直剪试验研究中，对于小试样的选取，一般不考虑结构面表面起伏形态非均一性，是随机选取小尺寸试样进行力学试验，使得选取的小试样不能代表大尺寸试样所包含范围内的所有小试样的表面起伏形态特点，导致小试样的试验结果不具有统计规律。

发明内容

为了克服已有小尺寸岩石模型结构面试样取样方法的随机选取、无法满足岩石模型结构面抗剪强度尺寸效应统计精度要求、试验统计精度较低的不足,本发明提供了一种有效满足岩石模型结构面抗剪强度尺寸效应统计精度要求、提高试验统计精度的基于分层概率抽样的小尺寸岩石模型结构面试样代表性取样方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于分层概率抽样的小尺寸岩石模型结构面试样代表性取样方法，包括以下步骤：

（1）在所选取的原岩结构面试样上标定试验方向，根据标定的方向，对原岩结构面试样进行起伏幅度的定向统计测量，求得该小尺度的各个测段的起伏幅度R_y，由公式分别计算该尺度各个测段的粗糙度系数特征值JRC，再计算每个测段的粗糙度系数特征值JRC统计均值式中，R_y为表面轮廓曲线起伏幅度，JRC_n和D_n为取样长度L_n的粗糙度系数和分维数；

（2）根据四分位法计算得到P_0-25、P_25-75、P_75-100三个区间的JRC统计均值和方差上述的下标为四分位法中的数字排列区间，其中0-25表示为该样本中所有数值由小到大排列后第0至第25%的区间，记为P_0-25；25-50表示为该样本中所有数值由小到大排列后第25%至第50%的区间，记为P_25-50；50-75表示为该样本中所有数值由小到大排列后第50%至第75%的区间，记为P_50-75；75-100表示为该样本中所有数值由小到大排列后第75%至第100%的区间，记为P_75-100；