[发明专利]岩石结构面实验室合理尺寸确定的多重分形参数分析方法

说明书

本发明提供了一种岩石结构面实验室内合理尺寸确定的多重分形参数分析方法，应用多重分形参数表征岩石结构面粗糙度，分析了岩石结构面粗糙度的尺寸效应规律，并给出了函数关系式，提出了用函数曲线斜率倾角确定岩石结构面实验室内合理尺寸的新方法。本发明克服了通过计算岩石结构面二维剖面线分形维数来研究结构面尺寸效应片面性的缺点，使得岩石结构面的尺寸效应分析结果更为精确，为实验室内岩石结构面合理尺寸的确定提供了理论依据。

技术领域

本发明涉及岩石结构面尺寸效应的定量化表征，特别涉及一种岩石结构面实验室合理尺寸确定的多重分形参数分析方法。

背景技术

大量试验表明，岩石结构面的力学性质是存在尺寸效应的，而这一现象主要源于结构面粗糙度的尺寸效应。因此，在实验室如何利用结构面的粗糙信息规律确定合理的岩石试件尺寸具有重要的现实意义。目前表示结构面粗糙度的方法主要有统计参数表征法，分形维数描述法。分形几何是描述自然界不规则几何体的有效方法，因此，分形维数描述结构面粗糙度的成果较多。然而，在应用分形维数研究结构面的尺寸效应规律方面，目前仅局限于采用结构面某一或某几条剖面线的分形维数来描述，这样存在以偏概全的缺陷。另外，研究也表明，岩石结构面粗糙度具有多重分形特征。然而，应用多重分形参数研究岩石结构面粗糙度的尺寸效应规律鲜有报道。因此，为了克服上述不足，本发明应用三维扫描仪获取岩石结构面形貌数据，采用改进投影覆盖法计算不同尺寸大小结构面的多重分形参数，分析其变化规律，给出其函数表达式，提出采用函数斜率倾角确定实验室内同类型结构面的合理尺寸的新方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种更为精确的岩石结构面实验室合理尺寸的确定方法。

本发明提供一种岩石结构面实验室合理尺寸确定的多重分形参数分析方法，包括以下步骤：

根据需要按照不同尺寸划分方案，将结构面划分为大小不同的区域；

计算各区域结构面的多重分形参数值；

研究大小不同结构面多重分形参数的变化规律，给出各尺寸划分方案下结构面尺寸效应的函数关系式，用对数函数关系和表示，所述的a、b分别为系数，ΔD、Δa是多重分形参数，L₀为基础结构面边长，L₀＝32mm，L为所计算结构面的边长，LL₀；

比较各方案结构面尺寸效应函数关系式，以系数a的绝对值最大的函数关系式作为确定实验室内岩石结构面合理尺寸的计算依据；

当函数和曲线某一点斜率倾角等于K°时，将该点值作为结构面的合理临界尺寸，亦即求解时，L的值，所述的K是评判指标，通过在实验室比较函数斜率较小时的两块岩石结构面的力学性能，验证后进行确定。

所述的计算各区域结构面的多重分形参数值的步骤具体为：

(1)获取该区域结构面的三维形貌数据，包括结构面各点的高度信息，所述高度信息是指该点与结构面内最低点的落差；

(2)测度距q分别取值[-45,45]的整数，重复进行步骤(3)至(8)；

(3)尺度变量δ分别取值重复进行步骤(4)至(6)；

(4)将结构面划分成δ^-1×δ^-1个小网格，采用函数rand()生成随机数，判断所生成随机数的奇偶性，根据随机数的奇偶性选择小网格中三角形的不同划分方案，按照海伦公式计算每个小网格的面积A_i(δ)，其中i＝1,2,…,δ^-1×δ^-1，进而计算结构面的总面积

(5)计算每个小网格的结构面粗糙性概率p_i(δ)，

(6)计算每个小网格的测度u_i(q,δ)，进一步计算log(1/δ)以及