CN106951595A - 一种工程岩体结构面抗剪强度精准取值方法 - Google Patents

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杜时贵
刘育明
夏才初
刘文连
任伟中
雍睿
李长宏
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Abstract

一种工程岩体结构面抗剪强度精准取值方法，对工程岩体进行工程地质分区开展岩体结构分析，确定影响工程岩体稳定的潜在滑移面，在潜在滑移面上确定潜在滑移方向；寻找与潜在滑移面相对应的结构面露头作为JRC测量结构面；按潜在滑移方向均匀布置测段Li，对所有测段Li进行结构面粗糙度系数定向统计测量，并对测量结果进行统计，求得JRC尺寸效应分维数D；根据岩体结构分析，确定与潜在滑移面相对应的结构面沿潜在滑移方向的结构面长度Ln，计算取样为Ln的结构面粗糙度系数JRCn，运用JRC‑JCS模型对工程岩体结构面的抗剪强度进行精确取值。本发明操作方便、成本低廉、使用效果好、便于实现工程岩体结构面抗剪强度精准取值。

Description

一种工程岩体结构面抗剪强度精准取值方法
技术领域
本发明涉及工程岩体结构面抗剪强度精准取值方法，适用于根据野外现场岩体结构面粗糙度系数(JRC)精确测量进行工程岩体结构面抗剪强度精准取值的场合。
背景技术
目前，尚没有工程岩体结构面抗剪强度精准取值方法。工程中岩体的结构面抗剪强度具有各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应特征，任意选择结构面露头进行JRC测量，按JRC-JCS模型评价结构面抗剪强度，将导致取值对象失真、以个体值代替整体值、没有按所需方向取值等情况而出现取值结果严重偏差，人为进行尺寸效应取值而产生严重误差等缺点。由于没有工程岩体结构面抗剪强度精准取值方法，无法根据野外现场结构面的JRC精确测量实现对工程岩体结构面抗剪强度τ进行精准取值，从而开展采矿设计等岩体工程设计的精确计算。
分析JRC-JCS模型：
可知，对于特定环境的具体岩体结构面而言，法向应力(σn)、壁岩强度(JCSn)和残余摩擦角都是确定的值，唯有结构面粗糙度系数(JRCn)具有各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应特征，并造成了结构面抗剪强度的各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应。
发明内容
为了克服现有中无法精确测量工程岩体结构面抗剪强度的不足，即现有技术无法根据野外岩体结构面粗糙度系数JRC精确测量实现对工程岩体结构面抗剪强度进行精准取值；本发明提供一种操作方便、成本低廉、使用效果好、便于实现工程岩体结构面抗剪强度精准取值的工程岩体结构面抗剪强度精准取值方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种工程岩体结构面抗剪强度精准取值方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对工程岩体进行工程地质分区，并分区开展岩体结构分析；
(2)在选定的结构区内，通过岩体结构的稳定性分析，确定影响工程岩体稳定的潜在滑移面；
(3)在对所选定结构区岩体进行稳定性分析的基础上，在潜在滑移面上确定潜在滑移方向；
(4)在选定的结构区内，寻找与潜在滑移面相对应的结构面露头，作为JRC测量结构面；
(5)在与潜在滑移面相对应的结构面露头上，按潜在滑移方向均匀布置测段Li，i＝10cm，30cm；
(6)根据确定的测段，对所有测段Li进行结构面粗糙度系数定向统计测量，并对测量结果进行统计，求得L10、L30相对应的结构面粗糙度系数特征值JRC10、JRC30；
(7)将L10、L30、JRC10、JRC30代入JRC尺寸效应分形模型JRC30＝JRC10(L30/L10)-D，求得JRC尺寸效应分维数D；
(8)根据岩体结构分析，确定与潜在滑移面相对应的结构面沿潜在滑移方向的结构面长度Ln；
(9)用JRC尺寸效应分形模型JRCn＝JRC10(Ln/L10)-D计算取样为Ln的结构面粗糙度系数JRCn；
(10)根据取样长度为Ln的壁岩强度JCSn、节理法向应力σn和节理残余摩擦角以及工程岩体节理粗糙度系数的精确测量值JRCn，运用JRC-JCS模型对工程岩体结构面的抗剪强度进行精确取值。
进一步，所述方法还包括以下步骤：(11)在步骤(4)选定的结构区内，潜在滑移面由i组结构面构成，i＝1,2...n，重复步骤(2)至步骤(10)实现其余结构面的抗剪强度精准取值。
本发明的技术构思为：JRCn是通过“先确定对象后进行精确定量评价”得到的结构面粗糙度系数JRC精确测量值，体现了“对象准确”和“数值精确”的JRC精准取值理念：一方面，它体现了与工程岩体稳定性直接相关的“真实”结构面(即潜在滑移面)上的结构面粗糙度系数，保证JRC测量对象是准确的；另一方面，它体现了结构面粗糙度系数的各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应的特征(通过对不同壁岩结构面分别测量体现各质异性，通过定向测量保证方向的一致性，通过统计测量保证整体精度，通过用JRC尺寸效应分形模型实现尺寸效应取值)，保证JRC测量结果是精确的。
在先选准测量对象的基础上，通过野外现场结构面粗糙度系数精确测量，由JRC-JCS模型来实现工程岩体结构面抗剪强度精准取值。
本发明的有益效果主要表现在：与现有技术相比，工程岩体结构面的抗剪强度精确取值方法操作方便，成本低廉，实现了精准取值，使用效果好，便于根据JRC野外精确测量结果实现对具有抗剪强度各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应特征的结构面抗剪强度进行精准取值，为采矿设计等岩体工程设计的精确计算创造必要的条件，具有较大的实施价值和社会经济效益。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。
一种工程岩体结构面抗剪强度精准取值方法，包括以下步骤：
(1)对工程岩体进行工程地质分区，并分区开展岩体结构分析；
(2)在选定的结构区内，通过岩体结构的稳定性分析，确定影响工程岩体稳定的潜在滑移面；
(3)在对所选定结构区岩体进行稳定性分析的基础上，在潜在滑移面上确定潜在滑移方向；
(4)在选定的结构区内，寻找与潜在滑移面相对应的结构面露头，作为JRC测量结构面；
(5)在与潜在滑移面相对应的结构面露头上，按潜在滑移方向均匀布置测段Li，i＝10cm，30cm；
(6)根据确定的测段，对所有测段Li进行结构面粗糙度系数定向统计测量，并对测量结果进行统计，求得L10、L30相对应的结构面粗糙度系数特征值JRC10、JRC30；
(7)将L10、L30、JRC10、JRC30代入JRC尺寸效应分形模型JRC30＝JRC10(L30/L10)-D，求得JRC尺寸效应分维数D；
(8)根据岩体结构分析，确定与潜在滑移面相对应的结构面沿潜在滑移方向的结构面长度Ln；
(9)用JRC尺寸效应分形模型JRCn＝JRC10(Ln/L10)-D计算取样为Ln的结构面粗糙度系数JRCn；
(10)根据取样长度为Ln的壁岩强度JCSn、节理法向应力σn和节理残余摩擦角以及工程岩体节理粗糙度系数的精确测量值JRCn，运用JRC-JCS模型对工程岩体结构面的抗剪强度进行精确取值。
(11)进一步，如果在选定的结构区内，潜在滑移面由i(i＝1,2...n)组结构面构成，可重复步骤(2)至步骤(10)实现其余结构面的抗剪强度精准取值。
本实施例中，JRCn通过“先确定对象后进行精确定量评价”得到的结构面粗糙度系数JRC精确测量值，首先，确定与工程岩体稳定性直接相关的“真实”结构面(即潜在滑移面)上的结构面粗糙度系数，保证JRC测量对象是准确的；进一步，通过对不同壁岩结构面分别测量体现各质异性，通过定向测量保证方向的一致性，通过统计测量保证整体精度，通过用JRC尺寸效应分形模型实现尺寸效应取值，保证JRC测量结果是精确的。本实施例的方案操作方便，成本低廉，实现了精准取值，使用效果好，为开展采矿设计等岩体工程设计的精确计算创造必要的条件。

Claims (2)

1.一种工程岩体结构面抗剪强度精准取值方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)对工程岩体进行工程地质分区，并分区开展岩体结构分析；
(2)在选定的结构区内，通过岩体结构的稳定性分析，确定影响工程岩体稳定的潜在滑移面；
(3)在对所选定结构区岩体进行稳定性分析的基础上，在潜在滑移面上确定潜在滑移方向；
(4)在选定的结构区内，寻找与潜在滑移面相对应的结构面露头，作为JRC测量结构面；
(5)在与潜在滑移面相对应的结构面露头上，按潜在滑移方向均匀布置测段Li，i＝10cm，30cm；
(6)根据确定的测段，对所有测段Li进行结构面粗糙度系数定向统计测量，并对测量结果进行统计，求得L10、L30相对应的结构面粗糙度系数特征值JRC10、JRC30；
(7)将L10、L30、JRC10、JRC30代入JRC尺寸效应分形模型JRC30＝JRC10(L30/L10)-D，求得JRC尺寸效应分维数D；
(8)根据岩体结构分析，确定与潜在滑移面相对应的结构面沿潜在滑移方向的结构面长度Ln；
(9)用JRC尺寸效应分形模型JRCn＝JRC10(Ln/L10)-D计算取样为Ln的结构面粗糙度系数JRCn；
(10)根据取样长度为Ln的壁岩强度JCSn、节理法向应力σn和节理残余摩擦角以及工程岩体节理粗糙度系数的精确测量值JRCn，运用JRC-JCS模型对工程岩体结构面的抗剪强度进行精确取值。
2.如权利要求1所述的一种工程岩体结构面抗剪强度精准取值方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：
(11)在步骤(4)选定的结构区内，潜在滑移面由i组结构面构成，i＝1,2...n，重复步骤(2)至步骤(10)实现其余结构面的抗剪强度精准取值。
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