CN112903431A - 节理岩体强度尺寸效应统计方法 - Google Patents

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Abstract

一种节理岩体强度尺寸效应统计方法，包括以下步骤：1)针对一块尺寸为L×L的方形岩体，首先对其进行不同尺度的取样，进而获取多组样本，计算样本力学参数；2)多尺寸离散程度包络线绘制：绘制M关于l的散点图；针对不同取样尺寸，分别将最大值和最小值的数据点用折线连接，各尺寸的整体力学参数会浮动在这两条线之间；3)多尺寸离散程度包络线中变化趋势线确定；4)单尺寸频数分布图绘制：针对任一取样尺寸的岩体力学参数，等间距划分力学参数的取值范围，用频数表示某一段力学参数波动区间出现的次数，并通过分析力学参数在各区间的分布情况绘制频数分布图。本发明能够体现出单尺寸样本力学参数的离散程度，较全面且明显地反映尺寸效应规律。

Description

节理岩体强度尺寸效应统计方法
技术领域
本发明涉及一种结合单尺寸和多尺寸的节理岩体强度尺寸效应统计方法，具体来说，本发明提供了一种结合节理岩体力学性质的多尺寸离散程度包络线和单尺寸频数分布图的综合分析方法，适用于节理岩体力学性质尺寸效应规律分析的场合。
背景技术
岩体的力学性质在隧道、大坝、边坡等工程实践中有较多的应用，尺寸效应是影响它的一个主要因素，表现为力学参数会随着试样尺寸的不同发生变化。较多学者通过室内试验、数值试验和原位试验等手段开展力学性质尺寸效应研究，获得岩体力学参数的尺寸效应规律。为深入探讨力学性质的尺寸效应规律，有必要在充分掌握单尺寸力学参数分布规律的基础上进一步分析多尺寸力学参数的变化规律。
在本发明作出之前，目前关于节理岩体强度尺寸效应统计方法的报道较少。现有的尺寸效应研究一般选用平均值表征单一尺寸的力学特性，而平均值只能反映总体的集中趋势，其尺寸效应规律明显程度较小，导致获取的尺寸效应规律各异，不具有代表性，特别是对于小尺寸样本而言，更不能代表单尺寸的变化规律。由于取样的随机性，获取的小尺寸样本信息之间差异较大，对应力学参数的离散程度也较大。因而，小尺寸样本力学参数规律统计显得尤为重要。已有学者在统计尺寸效应规律时均没有系统地将多尺寸力学参数的分布规律和单尺寸力学参数的分布规律进行结合，也没有结合两者做出各自的分布规律图。基于此，结合单尺寸样本统计方法和多尺寸样本统计方法，提出一种岩体力学参数尺寸效应的综合性统计方法。
发明内容
为了克服小尺寸样本力学参数的离散程度较大无法全面统计岩体尺寸效应规律的不足，本发明提供了一种从尺寸效应基本特性出发全面统计岩体尺寸效应规律，并结合单尺寸和多尺寸的节理岩体强度尺寸效应统计方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种节理岩体强度尺寸效应统计方法，所述方法包括以下步骤：
1)系列尺寸力学参数获取：针对一块尺寸为L×L的方形岩体，首先对其进行不同尺度的取样，进而获取多组样本，计算样本力学参数；假定取样长度从小到大依次为l1×l1,l2×l2,...,lm×lm，lm≤L，m表示第m次取样，单尺寸对应力学参数为M1,M2,...,Mn，n为单尺寸获取的样本量；
2)多尺寸离散程度包络线绘制：以取样尺寸l为横坐标，以力学参数M为纵坐标，绘制M关于l的散点图；针对不同取样尺寸，分别统计其力学参数的最大值和最小值，从而表征不同尺寸的变化范围，分别将最大值和最小值的数据点用折线连接，各尺寸的整体力学参数会浮动在这两条线之间；
3)多尺寸离散程度包络线中变化趋势线确定：绘制通过计算不同尺寸力学参数的平均值
Figure BDA0002902109440000021
并将平均值的数据点用折线连接；
4)单尺寸频数分布图绘制：针对任一取样尺寸的岩体力学参数，等间距划分力学参数的取值范围，用频数表示某一段力学参数波动区间出现的次数，并通过分析力学参数在各区间的分布情况绘制频数分布图。
本发明的有益效果主要表现在：(1)通过单尺寸频数分布图能够获取在同一尺寸不同样本力学参数的分布规律，能够体现出单尺寸样本力学参数的离散程度；(2)通过多尺寸离散程度包络线分析最大值、最小值和平均值随尺寸的变化规律，较全面且明显地反映尺寸效应规律；(3)结合单尺寸频数分布图和多尺寸离散程度包络线，为岩体尺寸效应规律研究提供了一种新的统计方法。
附图说明
图1是多尺寸离散程度包络线实例图。
图2是单尺寸频数分布实例图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1和图2，一种节理岩体强度尺寸效应统计方法，所述方法包括以下步骤：
1)系列尺寸力学参数获取：针对一块尺寸为L×L的方形岩体，首先对其进行不同尺度的取样，进而获取多组样本，计算样本力学参数；假定取样长度从小到大依次为l1×l1,l2×l2,...,lm×lm，lm≤L，m表示第m次取样，单尺寸对应力学参数为M1,M2,...,Mn，n为单尺寸获取的样本量；
2)多尺寸离散程度包络线绘制：以取样尺寸l为横坐标，以力学参数M为纵坐标，绘制M关于l的散点图；针对不同取样尺寸，分别统计其力学参数的最大值和最小值，从而表征不同尺寸的变化范围，分别将最大值和最小值的数据点用折线连接，各尺寸的整体力学参数会浮动在这两条线之间；
3)多尺寸离散程度包络线中变化趋势线确定：绘制通过计算不同尺寸力学参数的平均值
Figure BDA0002902109440000031
并将平均值的数据点用折线连接；
4)单尺寸频数分布图绘制：针对任一取样尺寸的岩体力学参数，等间距划分力学参数的取值范围，用频数表示某一段力学参数波动区间出现的次数，并通过分析力学参数在各区间的分布情况绘制频数分布图。
本实例基于节理网络模型的抗压强度数值模拟试验结果，具体实施方式如下：
1)通过野外采集节理信息生成尺寸为10m×10m的方形岩体模型，采用代表性取样方法在整个大尺寸样本中取出尺寸为1m×1m、2m×2m、…、9m×9m的小尺寸样本，系列尺寸样本取样量见表1，通过数值试验计算岩体的单轴抗压强度，试验数据统计结果见表2；
Figure BDA0002902109440000032
表1
Figure BDA0002902109440000033
Figure BDA0002902109440000041
表2
2)以取样尺寸为横坐标，以单轴抗压强度为纵坐标，绘制单轴抗压强度关于取样尺寸的散点图，统计取样尺寸为1m×1m～10m×10m的岩体单轴抗压强度的最大值和最小值，见表2，从而表征单尺寸的变化范围，分别将最大值和最小值的数据点用折线连接，各尺寸的整体力学参数会浮动在这两条线之间；
3)计算取样尺寸为1m×1m～10m×10m的岩体单轴抗压强度的平均值
Figure BDA0002902109440000042
并将平均值的数据点用折线连接，绘制出多尺寸离散程度包络线，发现多尺寸下的尺寸效应规律较明显；
4)对取样尺寸为1m×1m的岩体，用频数表示某一段力学参数波动区间出现的次数，并通过分析力学参数在各区间的分布情况绘制频数分布图，发现单尺寸频数分布图能够为多尺寸的参数变化规律提供量化依据。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.一种节理岩体强度尺寸效应统计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)系列尺寸力学参数获取：针对一块尺寸为L×L的方形岩体，首先对其进行不同尺度的取样，进而获取多组样本，计算样本力学参数；假定取样长度从小到大依次为l1×l1,l2×l2,...,lm×lm，lm≤L，m表示第m次取样，单尺寸对应力学参数为M1,M2,...,Mn，n为单尺寸获取的样本量；
2)多尺寸离散程度包络线绘制：以取样尺寸l为横坐标，以力学参数M为纵坐标，绘制M关于l的散点图；针对不同取样尺寸，分别统计其力学参数的最大值和最小值，从而表征不同尺寸的变化范围，分别将最大值和最小值的数据点用折线连接，各尺寸的整体力学参数会浮动在这两条线之间；
3)多尺寸离散程度包络线中变化趋势线确定：绘制通过计算不同尺寸力学参数的平均值
Figure FDA0002902109430000011
并将平均值的数据点用折线连接；
4)单尺寸频数分布图绘制：针对任一取样尺寸的岩体力学参数，等间距划分力学参数的取值范围，用频数表示某一段力学参数波动区间出现的次数，并通过分析力学参数在各区间的分布情况绘制频数分布图。
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