CN113049403A - 考虑形貌频谱特征的结构面法向卸荷剪切损伤试验方法 - Google Patents

Abstract

一种考虑结构面形貌频谱特征的法向卸荷剪切损伤试验方法，包括：S1、获取与岩体结构面实际剪切状态一致的结构面形貌模型；S2、在频域内计算形貌起伏高度均方值分布函数；S3、以函数图转折点作为高频和低频成分的界限频率f_tc；S4、定量控制高频与低频成分的含量比例γ₀，计算高频成分的频率上限f_u；S5、依据f_tc或f_u建立起伏成分不同含量比例的形貌模型；S6、采用岩石雕刻机制作起伏成分定量可控的结构面试样；S7、分析卸荷过程中法向与剪切荷载的变化规律，确定试验应力路径；S8、开展法向卸荷剪切损伤试验，确定损伤和抗剪强度劣化程度。本发明解决边坡开挖卸荷不同阶段结构面损伤和抗剪强度劣化无法定量评价的问题。

Description

考虑形貌频谱特征的结构面法向卸荷剪切损伤试验方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种考虑结构面形貌频谱特征的法向卸荷剪切损伤试验方法。

背景技术

现有边坡岩体在开挖卸荷作用下，结构面所处的应力状态存在法向应力降低、剪切荷载动态调整的过程，其表面形貌易在剪切荷载和法向荷载的综合作用出现损伤而导致结构面的抗剪强度在边坡不同开挖阶段存在不同程度的劣化。考虑到天然结构面三维形貌具有一定的频谱特征，由不同频率特征的起伏成分组成，剪切过程中不同起伏成分的损伤演化特征对结构面抗剪强度劣化的影响存在较大差异。

杜时贵等将岩体结构面表面形态划分为宏观几何轮廓、表面起伏形态以及微观粗糙度三级要素，且研究表明不同频率成分或起伏形态要素在剪切过程中对结构面抗剪强度的贡献存在明显差异。结构面的宏观几何轮廓是结构面表面最大一级的几何轮廓，反映结构面表面宏观总体的起伏形状，它由较小级别的形态要素(即表面起伏形态)峰谷包路线(面)表征；表面起伏形态是结构面表面常见的波状起伏形态，构成结构面表面可见规模的峰谷起伏轮廓；微观粗糙度是岩体结构面表面最小一级的粗糙起伏形态，反映表面起伏形态峰谷坡面的微小几何起伏，体现矿物颗粒或细小晶体在结构面表面的分布和排列特征。针对结构面表面形态三级要素中的表面起伏形态和微观粗糙度，学者们采用了诸如“一阶起伏和二阶起伏”、“大尺度波纹分量和小尺度不规则分量”、“波纹度分量和随机不规则度分量”等名称或方式对其起伏特点进行描述和划分。实际上，起伏频率小但起伏高度较高的表面起伏形态(“一阶起伏”或“大尺度波纹分量”或“波纹度分量”)属于低频起伏成分，而起伏频率大但起伏高度较低的微观粗糙度(“二阶起伏”或“小尺度不规则分量”或“随机不规则分量”)属于高频起伏成分。在上述所描述的结构面形貌三级要素中，结构面的表面起伏形态往往是影响结构面力学性质和剪切行为的决定性因素。尽管结构面的宏观几何轮廓可由表面起伏形态的峰谷包络线直接得到，但结构面表面起伏形态和微观粗糙度之间的不存在明显界限，直观上难以定量划分。

现有学者通常采用傅立叶级数、高斯滤波、小波变换、不同采样精度等方法人为控制或分离结构面形貌中的不同起伏成分。例如，夏才初等通过移动的数据窗和最小二乘平滑提取了波纹分量和不规则分量；Yang et al.、唐志成和刘泉声采用剖面线的不同傅立叶级数代表一阶和二阶起伏成分；蒋喆等采用2.5mm的高斯滤波器截止波长对剪切前后结构面形貌进行滤波，对结构面的一阶起伏和二阶起伏进行了提取；Li et al.采用小波分析所近似表征的结构面二维剖面线的第四层对一阶起伏进行了提取；Liu et al.将大采样间距绘制的标准剖面线作为一阶起伏成分，剩余成分作为二阶起伏成分；朱小明等和Liu etal.则采用两种起伏高度的三角突起体代表结构面的一阶和二阶起伏体；孙盛玥等、黄曼等依据不同网格尺寸的形貌面积变化速率对一阶和二阶起伏进行划分。然而构成结构面的不同起伏成分在宏观尺寸上一般连续变化，不同学者基于宏观尺寸差异采用高斯滤波或小波分析等方法所分解得到的起伏成分往往不一致。二维功率谱密度函数可以有效分析结构面形貌的频谱特征，描述结构面形貌不同起伏成分的起伏高度在不同频率范围内的分布情况，可有效解决宏观尺寸上结构面不同起伏成分之间频率界限无法定量识别的问题，进而可完成结构面三维形貌中高频起伏与低频起伏成分的定量分解。基于所定量分解得到的起伏成分，依据所指定的高频起伏与低频起伏成分的含量比例，采用傅立叶逆变换即可完成高频起伏与低频起伏成分含量比例不同且可定量控制的结构面形貌模型。

边坡开挖卸荷所引起的坡体内部应力状态变化与常法向应力或常法向刚度试验条件不同，现有结构面损伤试验成果难以直接应用于边坡不同开挖阶段结构面损伤和抗剪强度劣化程度的定量评价。因此，需要基于高频起伏与低频起伏成分含量比例可定量控制的结构面试样，开展法向卸荷剪切损伤试验，研究结构面的损伤和抗剪强度劣化特征，为岩体边坡开挖不同阶段结构面的抗剪强度取值提供科学依据。

发明内容

为了克服现有结构面损伤试验结果难以直接应用于边坡不同开挖卸荷阶段结构面损伤和抗剪强度劣化程度定量评价的问题，本发明提供了一种考虑结构面形貌频谱特征的法向卸荷剪切损伤试验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种考虑结构面形貌频谱特征的法向卸荷剪切损伤试验方法，所述方法包括以下步骤：

S1、获取与岩体结构面实际剪切状态一致的结构面三维形貌模型；

S2、基于二维功率谱密度确定岩体结构面三维形貌起伏高度均方值在频率范围内的分布函数，计算公式如下述公式(1)：

其中，P_3D为高度均方值，PSD(f_x,f_y)为结构面形貌的二维功率谱密度，f_x和f_y分别为结构面形貌频率成分在x轴和y轴方向的空间频率，f_t为频率阀值，f_max为最大频率值；

S3、绘制岩体结构面三维形貌起伏高度均方值在频率范围内的分布函数图像，以函数图的转折点所对应的频率作为结构面形貌高频成分和低频成分的界限频率f_tc；

S4、保持岩体结构面中低频起伏成分含量不变，通过调整高频起伏成分的含量定量控制岩体结构面高频起伏与低频起伏成分的含量比例γ₀，则与含量比例γ₀所对应的高频起伏成分的频率上限f_u的计算公式为：

S5、依据所确定的界限频率f_tc或高频起伏成分的频率上限f_u，提取岩体结构面三维形貌不同频率的起伏成分，建立高频起伏和低频起伏成分不同含量比例的结构面三维形貌模型；

S6、依据所定量建立的高频起伏和低频起伏成分含量比例不同的结构面三维形貌模型，采用岩石雕刻机雕刻制作高频起伏和低频起伏成分定量可控的岩体结构面试样；

S7、依据岩体边坡开挖卸荷条件下潜在滑动结构面的受力特征，分析卸荷过程中结构面处的法向荷载与剪切荷载的变化规律，确定卸荷损伤试验应力路径；

S8、施加法向与剪切荷载至边坡开挖前的实际应力水平，待变形稳定后，依据所确定的应力路径开展法向卸荷剪切损伤试验。

进一步，进一步，所述步骤S7包括：

S71、开展岩体边坡野外现场工程地质调查和三维激光扫描，统计岩体结构面分布特征，确定边坡潜在滑动结构面；

S72、依据勘察资料确定边坡开挖前潜在滑动结构面位置处的地应力水平，计算边坡开挖前潜在滑动结构面所承受的剪切荷载和上覆法向荷载；

S73、依据边坡开挖设计方案分析卸荷过程中结构面处的法向荷载与剪切荷载的变化规律，确定法向卸荷剪切损伤试验应力路径。

再进一步，所述步骤S1包括：

S11、沿剪切方向采集岩体结构面三维形貌离散坐标数据，以坐标数据最小二乘拟合平面与坐标平面的夹角作为结构面三维形貌的趋势向，沿趋势向反向旋转结构面形貌数据，确保旋转后的结构面三维形貌趋势向呈水平状态；

S12、平移旋转后的结构面三维形貌数据，使得其起伏高度平均平面与坐标平面重合，建立结构面三维形貌模型。

更进一步，所述步骤S2中，岩体结构面形貌二维功率谱密度PSD(f_x,f_y)的计算公式为：

其中，L_x和L_y为别为岩体结构面三维形貌在x轴和y轴方向的长度，Z(f_x,f_y)为结构面三维形貌z(x,y)在空间频域内的二维傅里叶变换，j²＝-1。

优选的，所述步骤S5的过程如下：

若建立仅含高频起伏成分，低频起伏成分含量为零的结构面三维形貌模型，基于结构面三维形貌在频域空间的二维傅里叶变换，将小于界限频率f_tc的频率成分设为零值，然后通过傅里叶逆变换得到仅含高频起伏成分的结构面三维形貌模型，计算公式如下述公式(4)：

若保持低频起伏成分含量不变，建立高频起伏和低频起伏成分不同含量比例的结构面三维形貌模型，基于结构面三维形貌在频域空间的二维傅里叶变换，将大于高频起伏成分的频率上限f_u的频率成分设为零值，然后通过傅里叶逆变换得到高频起伏和低频起伏成分含量比例为γ₀的三维形貌模型，计算公式如下述公式(5)：

本发明的有益效果主要表现在：以结构面三维形貌中高频起伏成分的起伏高度显著低于低频起伏成分的特征为切入点，基于结构面三维形貌起伏高度均方值在频率范围内的分布函数，在频域内深入研究结构面三维形貌起伏高度均方值随频率值的变化特征，找准结构面三维形貌低频成分与高频成分起伏高度的转折点，定量划分高频起伏成分与低频起伏成分之间的频率界限，确定岩体结构面高频起伏与低频起伏成分的含量比例所对应的高频起伏成分的频率上限，解决了宏观尺寸上结构面不同起伏成分之间频率界限无法定量识别的问题；建立含不同高频起伏与低频起伏成分的结构面形貌模型，制作高频起伏与低频起伏成分定量可控的结构面试样，解决不同起伏成分损伤特征和抗剪强度贡献难以定量分析的问题；依据边坡开挖设计方案确定卸荷过程中结构面处的法向荷载与剪切荷载的变化规律，为法向卸荷剪切损伤试验的应力路径提供依据，开展结构面法向卸荷剪切损伤试验，解决边坡开挖卸荷不同阶段结构面损伤和抗剪强度劣化程度难以定量取值的问题。

附图说明

图1是边坡岩体结构面空间应力状态；

图2是实例天然砂岩结构面的三维形貌模型；

图3是实例天然砂岩结构面形貌起伏高度均方值在频率范围内的分布函数图像；

图4是仅含高频起伏成分形貌模型；

图5是高频起伏与低频起伏成分含量比例γ₀＝0的形貌模型；

图6是高频起伏与低频起伏成分含量比例γ₀＝1的形貌模型；

图7是结构面法向卸荷剪切损伤试验结果。

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～图7，一种考虑结构面形貌频谱特征的法向卸荷剪切损伤试验方法，所述方法包括以下步骤：

S1、获取与岩体结构面实际剪切状态一致的结构面三维形貌模型；

所述步骤S1包括：

S11、沿剪切方向采集岩体结构面三维形貌离散坐标数据，以坐标数据最小二乘拟合直线与坐标轴的夹角作为结构面三维形貌的趋势向，沿趋势向反向旋转结构面形貌数据，确保旋转后的结构面三维形貌趋势向呈水平状态；

S12、平移旋转后的结构面三维形貌数据，使得其起伏高度平均直线与坐标横轴重合，建立结构面三维形貌模型；

具体的，在室内试验或现场试验测试岩体结构面的剪切强度时，应当使结构面剪切面保持与所施加的法向应力垂直，排除结构面整体趋势向向上所增加的抗剪强度或整体趋势向向下所减弱的抗剪强度。因此，在对结构面形貌的起伏特征进行描述或粗糙度进行计算时，应当排除结构面整体趋势向的影响；此外，通过将去除趋势向影响的结构面坐标数据进行平移，使其起伏高度平均直线与坐标轴重合可去除结构面形貌直流分量的影响，使后续步骤所计算得到的结构面三维形貌起伏高度均方值在频率范围内的分布函更为清晰的反映结构面在不同频率范围内的起伏特征；

S2、基于二维功率谱密度确定岩体结构面三维形貌起伏高度均方值在频率范围内的分布函数，计算公式如下述公式(1)：

其中，P_3D为高度均方值，PSD(f_x,f_y)为结构面形貌的二维功率谱密度，f_x和f_y分别为结构面形貌频率成分在x轴和y轴方向的空间频率，f_t为频率阀值，f_max为最大频率值；

具体的，由式(1)可知，随着阀值频率f_t的增大，结构面的起伏高度均方根值P_3D逐渐增大，当f_t增大至最大频率值时可得到结构面三维形貌整体的起伏高度均方值；

S3、绘制岩体结构面三维形貌起伏高度均方值在频率范围内的分布函数图像，以函数图的转折点所对应的频率作为结构面三维形貌高频成分和低频成分的界限频率f_tc；

具体的，结构面三维形貌中高频起伏成分的起伏高度显著低于低频起伏成分，当f_t取值小于界限频率f_tc时，随着阀值频率的增大结构面三维形貌起伏高度均方值增长速率较快，此时阀值频率仍处于低频成分区域；当f_t取值大于界限频率f_tc时，随着阀值频率的增大结构面三维形貌起伏高度均方值增长速率将变缓，因此，可依据式(1)函数图像的转折点定量确定结构面三维形貌高频成分和低频成分界限频率f_tc的取值；

S4、保持岩体结构面中低频起伏成分含量不变，通过减少高频起伏成分的含量定量控制岩体结构面高频起伏与低频起伏成分的含量比例γ₀，则与含量比例γ₀所对应的高频起伏成分的频率上限f_u的计算公式为：

具体的，结构面形貌高频起伏和低频起伏成分含量的比例可通过高频起伏与低频起伏频率范围的比值确定；

S5、依据所确定的界限频率f_tc或高频起伏成分的频率上限f_u，提取岩体结构面三维形貌不同频率的起伏成分，建立高频起伏和低频起伏成分不同含量比例的结构面三维形貌模型；

S6、依据所定量建立的高频起伏和低频起伏成分含量比例不同的结构面三维形貌模型，采用岩石雕刻机雕刻制作高频起伏和低频起伏成分定量可控的岩体结构面试验；

S7、依据岩体边坡开挖卸荷条件下潜在滑动结构面的受力特征，分析卸荷过程中结构面处的法向荷载与剪切荷载的变化规律，确定卸荷损伤试验应力路径；

S8、施加法向与剪切荷载荷载至边坡开挖前的实际应力水平，待变形稳定后，依据所确定的应力路径开展法向卸荷剪切损伤试验。

进一步，所述步骤S2中，岩体结构面三维形貌单边功率谱密度PSD^*的计算公式为：

其中，L_x和L_y为别为岩体结构面三维形貌在x轴和y轴方向的长度，Z(f_x,f_y)为结构面三维形貌z(x,y)在空间频域内的二维傅里叶变换，j²＝-1。

再进一步，所述步骤S5的过程如下：

若建立仅含高频起伏成分，低频起伏成分含量为零的结构面三维形貌模型，可基于结构面三维形貌在频域空间的二维傅里叶变换，将小于界限频率f_tc的频率成分设为零值，然后通过傅里叶逆变换得到仅含高频起伏成分的结构面三维形貌模型，计算公式如下述公式(4)：

若保持低频起伏成分含量不变，建立高频起伏和低频起伏成分不同含量比例的结构面三维形貌模型，可基于结构面三维形貌在频域空间的二维傅里叶变换，将大于高频起伏成分的频率上限f_u的频率成分设为零值，然后通过傅里叶逆变换得到高频起伏和低频起伏成分含量比例为γ₀的三维形貌模型，计算公式如下述公式(5)：

所述步骤S7包括：

S71、开展岩体边坡野外现场工程地质调查和三维激光扫描，统计岩体结构面分布特征，确定边坡潜在滑动结构面；

S72、依据勘察资料确定边坡开挖前潜在滑动结构面位置处的地应力水平，计算边坡开挖前潜在滑动结构面所承受的剪切荷载和上覆法向荷载；

S73、依据边坡开挖设计方案分析卸荷过程中结构面处的法向荷载与剪切荷载的变化规律，确定法向卸荷剪切损伤试验应力路径。

当前边坡岩体开挖卸荷劣化的试验研究，所采用应力控制方式主要有两种：第一种为最大主应力(σ₁)恒定、最小主应力(σ₃)卸载；第二种为σ₁和σ₃同时卸载。在边坡开挖卸荷过程中，结构面所承受的法向荷载(σ_n)和剪切荷载(τ_n)的变化规律与结构面的产状信息直接相关，由结构面的空间应力状态(图1)可知，对于倾角与最小主应力夹角分别为30°、45°、60°的结构面：当σ₁恒定，σ₃卸载时，τ_n增大速率与σ_n降低速率的比值分别为1.732、1.00、0.577；当σ₁和σ₃等速卸载时，τ_n在σ_n降低的过程中保持恒定；当σ₃的卸载速率大于σ₁时，τ_n在σ_n降低的过程中逐渐增大，但增大的速率低于σ₁恒定、σ₃卸载时的速率；当σ₃的卸载速率小于σ₁时，边坡通常处于稳定状态。

具体的，由勘察资料确定边坡开挖前边坡潜在滑动结构面所处的最大主应力和最小主应力水平，依据开挖设计方案确定每级边坡开挖作用下的应力卸荷水平，基于结构面产状和空间应力状态，分析边坡开挖作用下结构面处剪切荷载和法向荷载的变化规律。依据剪切荷载和法向荷载的变化规律，采用应力控制的方式对卸荷过程中法向荷载和剪切荷载进行精确控制，开展不同卸荷量和卸荷速率下结构面的卸荷损伤试验。依据卸荷损伤试验结果确定边坡不同开挖阶段结构面的损伤抗剪强度劣化特征，为边坡开挖过程稳定性分析中结构面的抗剪强度取值科学依据。

实例：一种考虑结构面形貌频谱特征的法向卸荷剪切损伤试验方法，包括如下步骤：

1)选定位于湖北省宜昌市秭归县归州镇马家沟岩体边坡的砂岩结构面为研究对象，采用0.4mm的采样间距沿剪切方向采集天然砂岩结构面的形貌离散坐标数据，以坐标数据最小二乘拟合平面与坐标轴的夹角作为结构面三维形貌的趋势向，沿趋势向反向旋转结构面形貌数据，确保旋转后的结构面三维形貌趋势向呈水平状态，平移旋转后的三维形貌数据，使得其起伏高度平均平面与坐标平面重合，建立其三维形貌模型，如图1所示；

2)依据式(1)和(3)计算结构面三维形貌起伏高度均方值在频率范围内的分布函数，绘制结构面形貌起伏高度均方值在频率范围内的分布函数图像，如图2所示，以函数图的转折点所对应的频率作为结构面三维形貌高频成分和低频成分的界限频率f_tc，即f_tc＝0.1/mm；

3)依据式(4)建立仅含高频起伏成分的结构面三维形貌模型，如图3所示；依据式(5)建立高频起伏和低频起伏成分含量比例γ₀分别为0和1的三维形貌模型，分别如图4和图5所示；

4)人工切割制备边长15cm、高度7.5cm的平直结构面试块，依据所建立的高频起伏和低频起伏成分含量比例γ0＝1的结构面形貌模型，采用岩石雕刻机对试块进行雕刻，制备两组形貌一致的结构面试样；

5)基于所雕刻的结构面试样采用电液伺服直剪仪对结构面开展常法向应力为1MPa的直剪试验，得到其抗剪强度为1.629MPa；然后采用法向应力卸荷、剪切应力恒定的应力路径对另一组结构面试样开展卸荷损伤试验，依据勘察资料，结构面处的法向应力由5.0MPa卸载至1.0MPa，得到经历卸荷损伤结构面的抗剪强度为1.482MPa。试验结果如图6所示，黑色区域为结构面表面突起体剪切伤损部分，可知结构面抗剪强度在卸荷剪切作用下发生了明显的劣化，经历卸荷损伤的结构面相对于直接剪切结构面的抗剪强度劣化了9.02％，并且经历卸荷损伤的结构面剪切损伤范围更大。

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 (5)

1.一种考虑结构面形貌频谱特征的法向卸荷剪切损伤试验方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、获取与岩体结构面实际剪切状态一致的结构面三维形貌模型；

S2、基于二维功率谱密度确定岩体结构面三维形貌起伏高度均方值在频率范围内的分布函数，计算公式如下述公式(1)：

其中，P_3D为高度均方值，PSD(f_x,f_y)为结构面形貌的二维功率谱密度，f_x和f_y分别为结构面形貌频率成分在x轴和y轴方向的空间频率，f_t为频率阀值，f_max为最大频率值；

S3、绘制岩体结构面三维形貌起伏高度均方值在频率范围内的分布函数图像，以函数图的转折点所对应的频率作为结构面形貌高频成分和低频成分的界限频率f_tc；

S4、保持岩体结构面中低频起伏成分含量不变，通过调整高频起伏成分的含量定量控制岩体结构面高频起伏与低频起伏成分的含量比例γ₀，则与含量比例γ₀所对应的高频起伏成分的频率上限f_u的计算公式为：

S5、依据所确定的界限频率f_tc或高频起伏成分的频率上限f_u，提取岩体结构面三维形貌不同频率的起伏成分，建立高频起伏和低频起伏成分不同含量比例的结构面三维形貌模型；

S6、依据所定量建立的高频起伏和低频起伏成分含量比例不同的结构面三维形貌模型，采用岩石雕刻机雕刻制作高频起伏和低频起伏成分定量可控的岩体结构面试样；

S7、依据岩体边坡开挖卸荷条件下潜在滑动结构面的受力特征，分析卸荷过程中结构面处的法向荷载与剪切荷载的变化规律，确定卸荷损伤试验应力路径；

S8、施加法向与剪切荷载至边坡开挖前的实际应力水平，待变形稳定后，依据所确定的应力路径开展法向卸荷剪切损伤试验。

2.如权利要求1所述的考虑结构面形貌频谱特征的法向卸荷剪切损伤试验方法，其特征在于，所述步骤S7包括：

S71、开展岩体边坡野外现场工程地质调查和三维激光扫描，统计岩体结构面分布特征，确定边坡潜在滑动结构面；

S72、依据勘察资料确定边坡开挖前潜在滑动结构面位置处的地应力水平，计算边坡开挖前潜在滑动结构面所承受的剪切荷载和上覆法向荷载；

S73、依据边坡开挖设计方案分析卸荷过程中结构面处的法向荷载与剪切荷载的变化规律，确定法向卸荷剪切损伤试验应力路径。

3.如权利要求1或2所述的考虑结构面形貌频谱特征的法向卸荷剪切损伤试验方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11、沿剪切方向采集岩体结构面三维形貌离散坐标数据，以坐标数据最小二乘拟合平面与坐标平面的夹角作为结构面三维形貌的趋势向，沿趋势向反向旋转结构面形貌数据，确保旋转后的结构面三维形貌趋势向呈水平状态；

S12、平移旋转后的结构面三维形貌数据，使得其起伏高度平均平面与坐标平面重合，建立结构面三维形貌模型。

4.如权利要求1或2所述的考虑结构面形貌频谱特征的法向卸荷剪切损伤试验方法，其特征在于，所述步骤S2中，岩体结构面形貌二维功率谱密度PSD(f_x,f_y)的计算公式为：

其中，L_x和L_y为别为岩体结构面三维形貌在x轴和y轴方向的长度，Z(f_x,f_y)为结构面三维形貌z(x,y)在空间频域内的二维傅里叶变换，j²＝-1。

5.如权利要求1或2所述的考虑结构面形貌频谱特征的法向卸荷剪切损伤试验方法，其特征在于所述步骤S5的过程如下：

若建立仅含高频起伏成分，低频起伏成分含量为零的结构面三维形貌模型，基于结构面三维形貌在频域空间的二维傅里叶变换，将小于界限频率f_tc的频率成分设为零值，然后通过傅里叶逆变换得到仅含高频起伏成分的结构面三维形貌模型，计算公式如下述公式(4)：

若保持低频起伏成分含量不变，建立高频起伏和低频起伏成分不同含量比例的结构面三维形貌模型，基于结构面三维形貌在频域空间的二维傅里叶变换，将大于高频起伏成分的频率上限f_u的频率成分设为零值，然后通过傅里叶逆变换得到高频起伏和低频起伏成分含量比例为γ₀的三维形貌模型，计算公式如下述公式(5)：

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