[发明专利]一种岩体结构面粗糙度系数的综合确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩体结构面粗糙度系数的综合确定方法，适用于多种形态的岩体结构面粗糙度系数的综合确定。

背景技术

结构面是岩体的重要组成部分，对岩体的工程特性起着主要控制作用。结构面的研究是分析工程岩体稳定性的基础工作。大量研究表明，结构面表面起伏形成的粗糙度对结构面的力学性质特别是抗剪强度有很大影响。1977年Barton根据大量试验提出10级岩体结构面粗糙度系数(JRC)值的确定方法，此方法采用肉眼对比，将表征岩体结构面起伏形态的一条长为10cm的线段同Barton图表进行对比，以确定所测岩体结构面的粗糙度系数。此方法随意性大，结果误差大。随后国内外一些学者在其基础上进行了进一步研究，并提出了用于计算岩体结构面粗糙度系数值的公式和方法，但是这些方法都仅依赖于一条线段的测量结果。由于岩体结构面粗糙度的不规则性，一条线段的测量结果并不能反映整个岩体结构面的粗糙程度，使得测量结果偏面、误差较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术无法全面、精确、快速的给出真实的岩体结构面粗糙度系数值，实现岩体结构面粗糙度系数的有效测量。

本发明所采用的技术方案是：一种岩体结构面粗糙度系数的综合确定方法，按照如下的步骤进行：

步骤一、在工程岩体结构分析的基础上，采用三维激光扫描或岩体结构面形貌仪获取所要测量岩体结构面的形貌数据；

步骤二、用所获取的岩体结构面形貌数据，生成岩体结构面数字高程模型DEM；

步骤三、在岩体结构面数字高程模型DEM上，提取出能代表岩体结构面形貌的代表性曲线，以额定取样间隔SI依次选取代表性曲线上n个点，按照点的三维直角坐标系坐标组成点的集合{(X₁,Y₁,Z₁),(X₂,Y₂,Z₂),…(X_n,Y_n,Z_n)}，X轴为岩体结构面形貌水平面内部的一个坐标轴，Y轴为岩体结构面形貌水平面内部同X轴垂直的坐标轴，Z轴为垂直于岩体结构面形貌水平面的轴，n为自然数，(X₁,Y₁,Z₁)代表第一个点，(X₂,Y₂,Z₂)代表第二个点，(X_n,Y_n,Z_n)代表第n个点；

步骤四、建立新的平面直角坐标系(x,y)，将步骤三中点集合中的点坐标进行坐标转换，转换后的x_n＝(n-1)×SI，y_n＝Z_n，形成新的点的坐标集合{(x₁,y₁),(x₂,y₂),…(x_n,y_n)},在平面直角坐标系(x,y)中形成曲线，此曲线可代表所测岩体结构面形态，n为自然数，(x₁,y₁)代表第一个点，(x₂,y₂)代表第二个点，(x_n,y_n)代表第n个点；

步骤五、用如下4个公式分别计算步骤四中曲线的特征参数δ、σ_i、R_z、D，并进一步计算出单项岩体结构面粗糙度系数值JRC₁、JRC₂、JRC₃、JRC₄；

JRC₁＝aδ^b-0.2256式中

JRC₂＝cσ_i^f-1.0066式中

JRC₃＝4.6836R_z^0.6106 (3)

JRC₄＝92.709(D-1)^0.377 (4)

其中，SI为取样间隔，δ为曲线伸长率，a,b,c,f为方程系数；

δ＝(L_t-L)/L

L_t曲线迹长，L曲线投影长，σ_i为起伏角标准差，i为自然数；