CN112945772A - 一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法 - Google Patents

一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法 Download PDF

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CN112945772A CN202110135455.4A CN202110135455A CN112945772A CN 112945772 A CN112945772 A CN 112945772A CN 202110135455 A CN202110135455 A CN 202110135455A CN 112945772 A CN112945772 A CN 112945772A
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Abstract

本发明公开了一种能够准确快速判断岩体在水岩干湿循环状态下其强度弱化特性的方法。分别针对岩体及岩体结构面强度进行分析，利用岩体强度参数测试、岩体结构面形态三维扫描技术，数理统计，强度预测模型判定等方法，确定在经过不同循环次数后结构面岩体的强度参数变化。本技术方法具有快速高效的特点，从影响结构面岩体强度参数变化的影响因子出发，准确快速计算其强度参数的变化规律，针对某一地区受水岩循环影响岩体，该方法具有广泛的应用推广价值。

Description

一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法
技术领域
本发明涉及工程岩体力学性能分析技术领域，具体涉及一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法。
背景技术
在工程技术领域，尤其是在水利水电工程领域，由于不同季节水库循环蓄水和排泄，导致库区岩体出现重复干、湿循环状态，进而导致库区岩体出现不同程度的物理力学强度参数弱化，这一过程严重影响库区边坡岩体稳定性，给水库安全运营带来巨大隐患。因此如何判断水库库区典型结构面岩体在不同水岩循环次数后的强度变化，尤其是岩体结构面强度参数的变化，是工程设计运营的关键。
目前，关于岩体水岩循环中岩体强度弱化的相关技术，多是对水岩循环的试验设备进行了相关研发，进而实现对岩体进行水岩循环试验方式方法的优化，并没有形成一套统一的由试验到数据处理再到力学强度参数判断的方法，只是针对以上某一个步骤进行了改良。而结构面岩体往往是由岩体及岩体结构面两部分组成，而现有技术手段并没有关于岩体结构面在水岩循环下强度弱化的相关论述，更没有针对岩体结构面在水岩循环下强度快速判定的技术方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，从而快速高效地确定在经过不同循环次数后的岩体，尤其是结构面岩体的强度参数变化。
本发明通过下述技术方案实现：
一种水岩循环下工程岩体力性能分析方法，包括以下步骤：
步骤1：获取岩体样本和水体样本；
步骤2：加工所述岩体样本，获取标准试验样本；
步骤3：烘干并测试所述标准试验样本，获取初始物理力学参数；
步骤4：将所述标准试验样本分为N组，并从第1组到第N组，按照1～N递增的顺序依次对每一组标准试验样本进行编号，N为正整数；
步骤5：取第n组标准试验样本，对所述第n组标准试验样本进行浸泡、烘干和测试，获取并记录当前物理力学参数值，对所述第n组标准试验样本进行n次循环试验，n＝1,2，……，N；
步骤6：按照所述步骤5的方法，对除所述第n组标准试验样本外的其余各组标准试验样本进行试验，直至最后一组标准试验样本完成循环试验；
步骤7：分析每一组标准试验样本的物理力学参数值，得出分析结论。
作为对本发明的进一步描述，步骤1获取的岩体样本包括岩芯和岩体结构面，所述岩芯能够代表该区域多数岩体的风化状态，所述岩体结构面能够代表该区域内岩体结构面的风化状态及粗糙度特性；为了防止运输储存过程中容器对采集水体性状造成改变，可选用玻璃容器对岩体所处周边流域的地表水进行收集。
作为对本发明的进一步描述，为获得标准试验样本，步骤2中，将采集到的岩芯加工成高为10cm，直径为5cm的标准岩体力学试验圆柱形试件；将岩体结构面试件表面切割成边长为10cm的正方形。
作为对本发明的进一步描述，为获得标准试验样本，步骤2中，将采集到的岩芯加工成高为10cm，直径为5cm的标准岩体力学试验圆柱形试件；将岩体结构面试件表面切割成边长为10cm的正方形。
作为对本发明的进一步描述，步骤3中，烘干标准试验样本的工序为，将标准试验样本放置于110℃的烘箱内烘干24小时；对烘干后的试验样本进行测试，获得的初始物理力学参数包括岩体密度ρ(0)、岩体单轴抗压强度σc(0)、岩体弹性模量E(0)、岩体泊松比μ(0)、岩体粘聚力c(0)、岩体内摩擦角
Figure BDA0002926739940000021
岩体结构面基本摩擦角
Figure BDA0002926739940000022
和岩体结构面表面初始形态参数Z2(0)。
作为对本发明的进一步描述，步骤4中，针对于分组后的每一组标准试验样本中应保证单轴抗压强度圆柱形标准试件4个，抗剪强度圆柱形标准试件4个，用于抗压强度的4个试件可以同时测试密度、弹性模量、泊松比以及单轴抗压强度，而用于抗剪强度的4个试件可以用于测试岩体的内摩擦角以及粘聚力；此外，分组完成的实验样本中，至少存在4个明显差异表面形态的岩体结构面试件，从而，假设干湿循环次数为N次，则需要准备圆柱形试样至少8N个，而准备的具有明显粗糙程度差异的岩体结构面试样至少4个。
作为对本发明的进一步描述，步骤5中，对标准试验样本进行浸泡的方法为，首先将每一组标准试验样本置于水槽中，将步骤1收集的地表水加入水槽中，直至水面到达所述标准试验样本高度的四分之一处，浸泡2小时，第二次加入所述地表水至水面到达标所述准试验样本高度的二分之一处，浸泡2小时后，第三次加入所述地表水至水面到达所述标准试验样本高度的四分之三处，浸泡2小时后，第四次加入所述地表水至水面完全浸没所述标准试验样本，浸泡24小时后取出，完成浸泡试验。
作为对本发明的进一步描述，步骤5中，对标准试验样本进行烘干的方法为，首先将浸泡完成的标准试验样本放置于室内8小时，然后将标准试验样本放置于60℃烘箱内烘干24小时，24小时后取出试验样本，完成烘干试验。
作为对本发明的进一步描述，步骤5中，对标准试验样本试验的方法为，对标准试验样本的密度进行测试，并利用波速仪获取岩体纵波波速，利用弹性模量仪获取循环后岩体的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度，利用直剪仪获取岩体结构面内摩擦角、粘聚力，利用倾斜摩擦板获取岩体结构面基本摩擦角，利用三维激光扫描仪获取岩体结构面形态参数。将循环N次后的岩体密度ρ(N)、岩体单轴抗压强度σc(N)、岩体弹性模量E(N)、岩体泊松比μ(N)、岩体粘聚力c(N)、岩体内摩擦角
Figure BDA0002926739940000031
岩体结构面基本摩擦角
Figure BDA0002926739940000032
和岩体结构面表面形态参数Z2(N)，N为当前循环次数。
作为对本发明的进一步描述，步骤7中，对获取的每一组试验数据进行分析的方法为：
(1)针对岩体物理力学参数
利用得到的各项岩体物理力学参数的测试数据，将ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure BDA0002926739940000033
与循环次数N的关系分别绘制成散点图，同时按照公式X(N)＝X(0)-a·ln(N+1)的形式，分别拟合出ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure BDA0002926739940000034
与循环次数N的关系，获取各项岩体物理力学参数的拟合公式，式中，X(N)包括ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure BDA0002926739940000035
X(0)表示初始物理力学参数，N表示浸泡、烘干实验次数，a为拟合系数。
利用获取的岩体物理力学参数的拟合公式，分别计算ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure BDA0002926739940000036
在任意循环次数下的弱化强度。
(2)针对岩体结构面剪切强度参数
利用得到的各项岩体结构面物理力学参数的测试数据，将
Figure BDA0002926739940000037
和Z2(N)与循环次数N的关系分别绘制成散点图，同时按照公式
Figure BDA0002926739940000038
和公式Z2(N)＝Z2(0)-a·ln(N+1)的形式，分别拟合出
Figure BDA0002926739940000039
Z2(N)与循环次数N的关系，获取各项岩体结构面物理力学参数的拟合公式，式中，
Figure BDA00029267399400000310
表示岩体结构面经过N次循环后的基本摩擦角值，Z2(N)表示岩体结构面表面形态在经过N次循环后的二阶导数均方根值，Z2(0)表示岩体结构面表面形态未经过水岩循环之初的二阶导数均方根值，N表示循环次数，a、b、c表示拟合系数。
将得到的实验数据代入修正的Barton计算模型，获取经过水岩循环后修正的岩体结构面剪切强度；所述修正的Barton计算模型表达式为：
Figure BDA0002926739940000041
式中，按照公式X(N)＝X(0)-a·ln(N+1)的计算结果，取JCS(N)＝σc(N)，
Figure BDA0002926739940000042
τp(N)表示经过N次循环后岩体结构面的抗剪强度，JRC(N)表示岩体结构面表面形态经过N次循环后的粗糙度系数值，σn为计算时使用的法向应力，σn取值为0.1到0.3倍JCS(N)，JCS(N)表示经过N次循环后岩体结构面岩体的面壁强度。
利用莫尔-库伦准则，计算等效粘聚力与等效内摩擦角，从而获取岩体结构面力学参数在任意循环次数下的弱化强度；所述岩体结构面表面形态经过N次循环后的粗糙度系数值的计算公式为
Figure BDA0002926739940000043
所述计算等效粘聚力的公式为：
Figure BDA0002926739940000044
所述计算等效内摩擦角的公式为：
Figure BDA0002926739940000045
其中，
Figure BDA0002926739940000046
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1.本发明提出一种标准化的，具有针对性的岩体强度水岩弱化效应的制样、试验过程、数据记录、数据处理的一整套方法，为水岩循环下岩体及岩体结构面的弱化强度计算提供依据；
2.通过本发明提供的方法，可采集到岩体及岩体结构面在不同循环次数后的岩体密度、纵波波速、单轴抗压强度、岩弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角、岩体结构面基本摩擦角、岩体结构面形态参数；
3.本发明通过将采集到的岩体试验数据整理后，即可以通过数据拟合得到不同水岩循环次数后岩体的强度参数；
4.通过本发明提供的方法，将采集到的结构面试样数据(尤其是形态参数)整理后，即可以通过数据拟合，简单快速的计算出岩体结构面在不同水岩循环次数后岩体结构面的强度参数，避免了岩体结构面强度参数水岩循环试验获取岩体结构面强度弱化参数较为复杂，且试验费用昂贵的缺点；
5.本发明提供的计算方法以某地区岩体水岩循环后强度的试验数据为依据，其分析计算结果客观可靠。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为水岩循环下工程岩土力学弱化强度的计算判定方法流程示意图。
图2为循环N次后岩体密度参数与循环次数N的关系散点图。
图3为循环N次后岩体单轴抗压强度与循环次数N的关系散点图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
本发明提供的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，主要对库区岩体因长期处于重复干、湿循环状态而导致岩体出现不同程度的物理力学强度参数弱化。然而，现有的针对水岩循环下工程岩体力学弱化强度的计算判定的技术手段，并没有形成一套统一的由试验到数据处理再到力学强度参数判断的方法，只是针对某一个步骤进行了改良，也没有针对岩体结构面在水岩循环下强度快速判定的技术方法。因此，本发明针对现有技术的不足，采用以下方法对水岩循环下工程岩体力学弱化强度进行计算和判定：
步骤1：进入研究区进行实地调研，采用现场钻探的方式，对研究区域内的岩体进行岩芯取样，取样得到的岩芯应当能够代表该区域多数岩体的风化状态。为了研究岩体结构面的物理力学参数在水岩循环下的弱化强度，还需要通过现场调查，对研究区域内的岩体结构面进行取样，取样得到的岩体结构面应该能够代表该区域内岩体结构面的风化状态及粗糙度特性。此外，还要对岩体所处周边流域的地表水进行收集，为了防止运输储存过程中容器对采集到的水体性状造成改变，选用玻璃容器来盛装采集到的地表水。
步骤2：为满足试验的需求，需要对采集到的岩芯样本和岩体结构面样本进行加工，得到标准试验样本，即将岩芯样本加工成高为10cm，直径为5cm的标准岩体力学试验圆柱形试件，将岩体结构面样本表面切割成边长为10cm的正方形。
步骤3：为将试验前后的岩体物理力学参数进行对比，在进行干、湿循环试验之前，需首先获取标准试验样本的初始物理力学参数。其方法为，将经过步骤2得到的标准试验样本放置于110℃的烘箱内烘干24小时，然后对圆柱形试样进行密度、弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、抗剪强度测试，对岩体结构面试件利用倾斜板试验获取基本摩擦角值，同时利用三维激光扫描仪获取岩体结构面表面初始形态参数。得到的初始物理力学参数包括岩体密度ρ、岩体单轴抗压强度σc、岩体弹性模量E、岩体泊松比μ、岩体粘聚力c、岩体内摩擦角
Figure BDA0002926739940000051
岩体结构面基本摩擦角
Figure BDA0002926739940000061
和岩体结构面表面初始形态参数Z2。
步骤4：在得到标准试验样本的初始物理力学参数后，需要对标准试验样本进行分组和编号。分组和编号的方法为：假设将标准试验样本分为N组，N为正整数，从第1组到第N组，按照1～N递增的顺序依次对每一组标准试验样本进行编号，如将第一组编号为1，第二组编号为2，第N组编号为N，每一组的数字编号即代表该组需要进行干、湿循环试验的次数。需要注意的是，在对标准试验样本进行分组时，应保证每一组标准试验样本中，至少包括4个单轴抗压强度圆柱形标准试件，用于同时测试密度、弹性模量、泊松比以及单轴抗压强度；至少包括4个抗剪强度圆柱形标准试件，用于测试岩体的内摩擦角以及粘聚力。同时，还应该保证至少存在4个明显差异表面形态的岩体结构面试样；因此本技术方案中一共需要准备圆柱形试样至少8N个和具有明显粗糙程度差异的结构面试样至少4个。例如，将需要件浸泡、烘干试验的标准试验样本分为10组，则需要准备圆柱形标准试样80个，具有明显粗糙程度差异的岩体结构面试样4个。
步骤5：完成了标准试验样本分组和编号后，接下来选取第n组标准试验样本进行浸泡、烘干和测试，获取并记录当前物理力学参数值，n＝1,2，……，N。例如，选取第3组标准进行浸泡，方法为：将第3组标准试验样本置于水槽中，用收集的地表水浸泡。浸泡开始时，向水槽中加入所述地表水，至水面到达标准试验样本高度的四分之一处，浸泡2小时后，第二次加入地表水，至水面到达标准试验样本高度的二分之一处，浸泡2小时后，第三次加入所述地表水，至水面到达标准试验样本高度的四分之三处，浸泡2小时后，第四次加入所述地表水，至水面完全浸没标准试验样本，浸泡24小时取出所述标准试验样本，完成浸泡试验。
然后，将浸泡后的第3组标准试验样本进行烘干，烘干方法为：将浸泡完成的第3组标准试验样本放置于室内8小时；8小时后，将标准试验样本放置于60℃烘箱内烘干24小时；24小时后，取出所述标准试验样本，完成烘干试验。
最后，将烘干后的第3组标准试验样本进行测试，获取并记录当前状态(经过1次浸泡、烘干试验)下的岩体和岩体结构面的物理力学参数值。测试方法为：首先进行岩体密度测试，然后利用波速仪获取岩体纵波波速，利用弹性模量仪获取循环后岩体的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度，利用直剪仪获取结构面内摩擦角、粘聚力，利用倾斜摩擦板获取岩体结构面基本摩擦角，利用三维激光扫描仪获取岩体结构面形态参数。得到的经过1次浸泡、烘干试验下的岩体密度用ρ(1)表示、岩体单轴抗压强度用σc(1)表示、岩体弹性模量用E(1)表示、岩体泊松比用μ(1)表示、岩体粘聚力用c(1)表示、岩体内摩擦角用
Figure BDA0002926739940000062
表示、岩体结构面基本摩擦角用
Figure BDA0002926739940000063
表示和岩体结构面表面形态参数用Z2(1)表示。将得到的各个物理力学参数值详细记录下来。按照上述方法，对第3组标准试验样本再进行循环试验2次。因此，对于第3组标准试验样本共进行3次循环试验。
相应地，将经过N次浸泡、烘干试验下的岩体密度用ρ(N)表示、岩体单轴抗压强度用σc(N)表示、岩体弹性模量用E(N)表示、岩体泊松比用μ(N)表示、岩体粘聚力用c(N)表示、岩体内摩擦角用
Figure BDA0002926739940000071
表示、岩体结构面基本摩擦角用
Figure BDA0002926739940000072
表示和岩体结构面表面形态参数用Z2(N)表示，N为正整数。例如，将岩体及岩体结构面在经过0、1、3、5、7、10、15、20、25、30次浸泡、烘干循环试验后，岩体及岩体结构面相应的物理力学参数的变化如下表所示：
Figure BDA0002926739940000073
步骤7：对得到的每一组各物理力学参数的试验数据进行分析。方法为：
(1)针对岩体物理力学参数
利用得到的各项岩体物理力学参数的测试数据，将ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure BDA0002926739940000074
与循环次数N的关系分别绘制成散点图。循环N次后岩体密度参数ρ与循环次数N的关系散点图如图2所示，循环N次后岩体单轴抗压强度σc与循环次数N的关系散点图如图3所示。同时，按照公式X(N)＝X(0)-a·ln(N+1)的形式，分别拟合出ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure BDA0002926739940000075
与循环次数N的关系，获取各项岩体物理力学参数的拟合公式，式中，X(N)包括ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure BDA0002926739940000076
X(0)表示初始物理力学参数，N表示浸泡、烘干实验次数，a为拟合系数。得到的各项岩体物理力学参数的拟合公式分别为：
ρ(N)＝ρ(0)-0.0246×ln(N+1)R2＝0.9577；
σc(N)＝σc(0)-2.2340×ln(N+1)R2＝0.9597；
E(N)＝E(0)-0.3569×ln(N+1)R2＝0.9234；
μ(N)＝μ(0)-0.0228×ln(N+1)R2＝0.9859；
c(N)＝c(0)-0.1327×ln(N+1)R2＝0.9350；
Figure BDA0002926739940000089
根据上述各岩体物理力学参数的拟合公式，分别计算ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure BDA0002926739940000081
在任意循环次数下的弱化强度。
(2)针对岩体结构面剪切强度参数
利用得到的各项岩体结构面物理力学参数的测试数据，将
Figure BDA0002926739940000082
和Z2(N)与循环次数N的关系分别绘制成散点图同时按照公式
Figure BDA0002926739940000083
和公式Z2(N)＝Z2(0)-a·ln(N+1)的形式，分别拟合出
Figure BDA0002926739940000084
Z2(N)与循环次数N的关系，获取各项结构面物理力学参数的拟合公式，式中，
Figure BDA0002926739940000085
表示结构面经过N次循环后的基本摩擦角值，Z2(N)表示结构面表面形态在经过N次循环后的二阶导数均方根值，Z2(0)表示结构面表面形态未经过水岩循环之初的二阶导数均方根值，N表示循环次数，a、b、c表示拟合系数。得到的各项岩体结构面物理力学参数的拟合公式分别为：
Z2(N)＝Z2(0)-0.0010×ln(N+1)R2＝0.9577；
Figure BDA0002926739940000086
接下来，将获得的试验数据代入修正的Barton计算模型，获取经过水岩循环后修正的结构面剪切强度；所述修正的Barton计算模型表达式为
Figure BDA0002926739940000087
式中，按照公式X(N)＝X(0)-a·ln(N+1)的计算结果，取JCS(N)＝σc(N)，
Figure BDA0002926739940000088
τp(N)表示经过N次循环后结构面的抗剪强度，JRC(N)表示结构面表面形态经过N次循环后的粗糙度系数值，σn为计算时使用的法向应力，σn取值为0.1到0.3倍JCS(N)，JCS(N)表示经过N次循环后结构面岩体的面壁强度。
最后，利用莫尔-库伦准则，计算等效粘聚力与等效内摩擦角，从而获取结构面力学参数在任意循环次数下的弱化强度；所述结构面表面形态经过N次循环后的粗糙度系数值的计算公式为
Figure BDA0002926739940000091
所述计算等效粘聚力的公式为：
Figure BDA0002926739940000092
所述计算等效内摩擦角的公式为：
Figure BDA0002926739940000093
其中，
Figure BDA0002926739940000094
。综合以上成果，岩体结构面在经过N次循环后其强度参数可以获取。
因此，假设需要求取岩体及岩体结构面在经过33次循环后的各项物理力学参数，根据以上分析结果可知，N＝33。将该值带入以上各项公式。
可获取岩体基本物理力学参数为：ρ(33)＝2.645g/cm3；σc(33)＝24.42MPa；E(33)＝3.17*104MPa；μ(33)＝0.2395；c(33)＝1.4880MPa；
Figure BDA0002926739940000095
可获取岩体结构面基本物理力学参数为：Z2(33)＝0.3318；
Figure BDA0002926739940000096
JRC(33)＝16.6459。
假设在剪切过程中，使用的法向应力σn＝0.15×JCS(33)＝0.15×σc(33)＝3.663MPa，则根据公式
Figure BDA0002926739940000097
可得到τp(33)＝1.5257MPa，根据公式
Figure BDA0002926739940000098
和公式
Figure BDA0002926739940000099
可得到岩体结构面的等效抗剪强度Ci(33)＝3.8383MPa，
Figure BDA00029267399400000910

Claims (10)

1.一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取岩体样本和水体样本；
步骤2：加工所述岩体样本，获取标准试验样本；
步骤3：烘干并测试所述标准试验样本，获取初始物理力学参数；
步骤4：将所述标准试验样本分为N组，并从第1组到第N组，按照1～N递增的顺序依次对每一组标准试验样本进行编号，N为正整数；
步骤5：取第n组标准试验样本，对所述第n组标准试验样本进行浸泡、烘干和测试，获取并记录当前物理力学参数值，对所述第n组标准试验样本进行n次循环试验，n＝1,2，……，N；
步骤6：按照所述步骤5的方法，对除所述第n组标准试验样本外的其余各组标准试验样本进行试验，直至最后一组标准试验样本完成循环试验；
步骤7：分析每一组标准试验样本的物理力学参数值，得出分析结论。
2.根据权利要求1所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，
所述步骤1的岩体样本包括岩芯和岩体结构面，所述岩芯能够代表该区域多数岩体的风化状态，所述岩体结构面能够代表该区域内岩体结构面的风化状态及粗糙度特性；
所述步骤1利用玻璃容器对岩体所处周边流域的地表水进行收集。
3.根据权利要求2所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤2的加工岩体样本的方法包括：
将所述岩芯加工成高为10cm，直径为5cm的标准岩体力学试验圆柱形试件；
将所述岩体结构面试件表面切割成边长为10cm的正方形。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，
将所述步骤3所述获取初始物理力学参数的方法为：将所述步骤2所述的标准试验样本放置于110℃的烘箱内烘干24小时；
所述步骤3获取的初始物理力学参数包括，岩体密度ρ(0)、岩体单轴抗压强度σc(0)、岩体弹性模量E(0)、岩体泊松比μ(0)、岩体粘聚力c(0)、岩体内摩擦角
Figure FDA0002926739930000011
岩体结构面基本摩擦角
Figure FDA0002926739930000012
和岩体结构面表面初始形态参数Z2(0)。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，
所述步骤4分组编号后的每一组标准试验样本至少包括4个单轴抗压强度圆柱形标准试件和4个抗剪强度圆柱形标准试件；
所述步骤4分组编号后的标准试验样本中，至少存在4个明显差异表面形态的岩体结构面试件。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤5的浸泡方法为：
将每一组标准试验样本置于水槽中，用收集地表水浸泡；
浸泡开始时，加入所述地表水，至水面到达所述标准试验样本高度的四分之一处，浸泡2小时；
2小时后，第二次加入所述地表水，至水面到达标所述标准试验样本高度的二分之一处，浸泡2小时；
2小时后，第三次加入所述地表水，至水面到达所述标准试验样本高度的四分之三处，浸泡2小时；
2小时后，第四次加入所述地表水，至水面完全浸没所述标准试验样本，浸泡24小时；
24小时后取出所述标准试验样本，完成浸泡试验。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤6的烘干方法为：
将浸泡完成的标准试验样本放置于室内8小时；
8小时后，将标准试验样本放置于60℃烘箱内烘干24小时；
24小时后，取出所述标准试验样本，完成烘干试验。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤7记录的当前物理力学参数包括循环N次后的岩体密度ρ(N)、岩体单轴抗压强度σc(N)、岩体弹性模量E(N)、岩体泊松比μ(N)、岩体粘聚力c(N)、岩体内摩擦角
Figure FDA0002926739930000021
岩体结构面基本摩擦角
Figure FDA0002926739930000022
和岩体结构面表面形态参数Z2(N)，N为当前循环次数。
9.根据权利要求8所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤9的试验数据分析方法为：
针对岩体物理力学参数，利用得到的各项岩体物理力学参数的测试数据，将ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure FDA0002926739930000023
与循环次数N的关系分别绘制成散点图，同时分别针对ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure FDA0002926739930000024
与循环次数N的关系，进行数据拟合，获取各项岩体物理力学参数的拟合公式；
利用所述各项岩体物理力学参数的拟合公式，分别计算ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure FDA0002926739930000031
在任意循环次数下的弱化强度；
针对岩体结构面剪切强度参数，利用得到的各项岩体结构面物理力学参数的测试数据，将
Figure FDA0002926739930000032
和Z2(N)与循环次数N的关系分别绘制成散点图，同时针对
Figure FDA0002926739930000033
Z2(N)与循环次数N的关系，分别进行数据拟合，获取各岩体结构面物理力学参数的拟合公式；
将步骤7得到的实验数据代入修正的Barton计算模型，获取经过浸泡、烘干循环试验后修正的岩体结构面剪切强度；
利用莫尔-库伦准则，计算等效粘聚力与等效内摩擦角，从而获取岩体结构面力学参数在任意循环次数下的弱化强度。
10.根据权利要求9所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，
所述获取各项岩体物理力学参数的拟合公式的方法为：按照公式X(N)＝X(0)-a·ln(N+1)的形式，分别拟合出ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure FDA0002926739930000034
与循环次数N的关系，式中，X(N)包括ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、
Figure FDA0002926739930000035
X(0)表示初始物理力学参数，N表示浸泡、烘干实验次数，a为拟合系数；
所述获取各岩体结构面物理力学参数的拟合公式的方法为：按照公式
Figure FDA0002926739930000036
和公式Z2(N)＝Z2(0)-a·ln(N+1)的形式，分别拟合出
Figure FDA0002926739930000037
Z2(N)与循环次数N的关系，式中，
Figure FDA0002926739930000038
表示岩体结构面经过N次循环后的基本摩擦角值，Z2(N)表示岩体结构面表面形态在经过N次循环后的二阶导数均方根值，Z2(0)表示岩体结构面表面形态未经过水岩循环之初的二阶导数均方根值，N表示循环次数，a、b、c表示拟合系数；
所述修正的Barton计算模型表达式为
Figure FDA0002926739930000039
式中，按照公式X(N)＝X(0)-a·ln(N+1)的计算结果，取JCS(N)＝σc(N)，
Figure FDA00029267399300000310
τp(N)表示经过N次循环后岩体结构面的抗剪强度，JRC(N)表示岩体结构面表面形态经过N次循环后的粗糙度系数值，σn为计算时使用的法向应力，σn取值为0.1到0.3倍JCS(N)，JCS(N)表示经过N次循环后岩体结构面岩体的面壁强度；
所述岩体结构面表面形态经过N次循环后的粗糙度系数值的计算公式为
Figure FDA00029267399300000311
所述计算等效粘聚力的公式为：
Figure FDA0002926739930000041
所述计算等效内摩擦角的公式为：
Figure FDA0002926739930000042
其中，
Figure FDA0002926739930000043
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