CN1645051A - 岩体结构面粗糙度系数尺寸效应有效长度确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩体结构面粗糙度系数尺寸效应有效长度确定方法，包含以下顺序步骤：(1)在出露的岩体结构面布置10cm和30cm的测段，绘制测段的轮廓曲线；(2)测量10cm和30cm测段的轮廓曲线的起伏幅度R_y0、R_y30，由公式计算每个10cm、30cm测段粗糙度系数JRC₀和JRC₃₀值，再算到期望值E(JRC₀)和E(JRC₃₀)；(3)由JRC尺寸效应分形模型换算岩体结构面JRC尺寸效应分维数D；(4)将步骤(3)得到的D值代入相对JRC尺寸效应率公式，进行取样长度L_n与相对JRC尺寸效应率f的敏感性分析，得到L_n－f关系图。在图上取f＝5％时，L_n－f关系曲线上对应的取样长度即为JRC尺寸效应有效长度L_n ^*。

Description

岩体结构面粗糙度系数尺寸效应有效长度确定方法

(一)技术领域

本发明涉及JRC尺寸效应有效长度确定方法，适用于具有JRC尺寸效应的岩体结构面在估算实际规模结构面粗糙度系数时确定JRC尺寸效应有效长度的场合。

(二)背景技术

在本发明作出之前，目前尚没有JRC尺寸效应有效长度确定方法。岩体结构面粗糙度系数(JRC)具有尺寸效应性质，而自然岩体露头一般不可能出露完整的结构面，根据部分出露的结构面粗糙度系数测量结果和JRC尺寸效应分形模型，由于没有JRC尺寸效应有效长度确定方法，仍无法确定完整规模结构面的粗糙度系数值。

(三)发明内容

本发明的目的是解决由于没有JRC尺寸效应有效长度确定方法，而无法确定完整规模结构面粗糙度系数值的缺点，提供一种原理简单，操作方便，成本低廉，使用效果好，便于确定具有不同壁岩成分、不同表面起伏形态的JRC尺寸效应有效长度确定方法。

本发明所述的JRC尺寸效应有效长度确定方法，包含以下顺序步骤：

(1)在部分出露的岩体结构面露头上，对应所需测量方向均匀布置统计所需数目的长度分别为10cm和30cm的测段，采用轮廓曲线仪绘制上述测段的轮廓曲线；

(2)测量上述10cm测段的每个轮廓曲线的起伏幅度R_y0，由公式

$\mathrm{JR}{C}_0=49.2114e^{\frac{29}{450}}\arctan \left[\frac{4R_{y0}}{5}\right]$ 分别计算每个10cm测段粗糙度系数JRC₀值，根据每个10cm测段不同的粗糙度系数计算得到JRC₀的期望值E(JRC₀)；

(3)测量上述30cm测段的每个轮廓曲线的起伏幅度R_y30，由公式 $\mathrm{JR}{C}_{30}=49.2114e^{\frac{29L_0}{450L_{30}}}\arctan \left[\frac{8R_{Y30}}{L_{30}}\right]$ 分别计算每个30cm测段粗糙度系数JRC₃₀值，根据每个30cm测段不同的粗糙度系数计算得到JRC₃₀的期望值E(JRC₃₀)；

(4)由JRC尺寸效应分形模型 $E\left(\mathrm{JR}{C}_{30}\right)=E\left(\mathrm{JR}{C}_{10}\right){\left[\frac{L_{30}}{L_{10}}\right]}^{-D},$ 换算得到岩体结构面JRC尺寸效应分维数D；

(5)将步骤(4)得到的JRC尺寸效应分维数D值代入相对JRC尺寸效应率公式 $f=\frac{{(0.1L_n)}^{-D}-{(0.1L_n-1)}^{-D}}{2^{-D}-1},$ 进行取样长度L_n与相对JRC尺寸效应率f的敏感性分析，得到L_n-f关系图(图1)。在L_n-f关系图上，取f＝5％时，L_n-f关系曲线上对应的取样长度即为JRC尺寸效应有效长度L_n ^*。

采用本发明具有以下优点：JRC尺寸效应有效长度确定方法原理简单，操作方便，成本低廉，使用效果好，便于确定具有不同壁岩成分、不同表面起伏形态的JRC尺寸效应有效长度，具有较大的实施价值和社会经济效益。

(四)附图说明

图1为L_n-f关系图

图2为小浪底SSE组节理L_n-f关系曲线

(五)具体实施方式

小浪底水库风雨沟西侧边坡岩体SSE组节理387条取样长度分别为10cm和30cm轮廓曲线的JRC₀和JRC₃₀统计测量值，以及由JRC尺寸效应分形模型换算的D₃₀值列于表1。根据表1资料，可绘制钙质细砂岩节理、含钙质结核粘土岩节理沿走向方向和沿倾向方向L_n-f关系曲线(图2)。由图2可求出，钙质细砂岩节理走向方向的JRC尺寸效应有效长度L_n ^*为120cm，钙质细砂岩节理倾向方向的JRC尺寸效应有效长度L_n ^*为110cm，含钙质结核粘土岩节理走向方向的JRC尺寸效应有效长度L_n ^*为150cm，含钙质结核粘土岩节理倾向方向的JRC尺寸效应有效长度L_n ^*为160cm。

       表1  小浪底SSE组节理粗糙度系数统计测量结果

节理壁岩	测量方向	Ln＝10cm		Ln＝30cm		D30
							样本数	JRC0	样本数	JRC30
		钙质细砂岩	走向方向	35	8.61						34	5.50	0.4079
倾向方向	31					12.12	30	7.43	0.4454
			含钙质结核粘土岩	走向方向	88					15.83	84	11.86	0.2628
倾向方向	82	20.48				77	15.46	0.2560

Claims (1)

1、一种岩体结构面粗糙度系数尺寸效应有效长度确定方法，其特征在于：包含以下顺序步骤：

(1)在部分出露的岩体结构面露头上，对应所需测量方向均匀布置统计所需数目的长度分别为10cm和30cm的测段，采用轮廓曲线仪绘制上述测段的轮廓曲线；

(2)测量上述10cm测段的每个轮廓曲线的起伏幅度R_y0，由公式

${\mathrm{JRC}}_0=49.2114e^{\frac{29}{450}}\arctan \left[\frac{4R_{y0}}{5}\right]$ 分别计算每个10cm测段粗糙度系数JRC₀值，

根据每个10cm测段不同的粗糙度系数计算得到JRC₀的期望值E(JRC₀)；

(3)测量上述30cm测段的每个轮廓曲线的起伏幅度R_y30，由公式 ${\mathrm{JRC}}_{30}=49.2114e^{\frac{29L_0}{450L_{30}}}\arctan \left[\frac{8R_{Y30}}{L_{30}}\right]$ 分别计算每个30cm测段粗糙度系数JRC₃₀值，根据每个30cm测段不同的粗糙度系数计算得到JRC₃₀的期望值E(JRC₃₀)；

(4)由JRC尺寸效应分形模型 $E\left({\mathrm{JRC}}_{30}\right)=E\left({\mathrm{JRC}}_{10}\right){\left[\frac{L_{30}}{L_{10}}\right]}^{-D},$ 换算得到岩体结构面JRC尺寸效应分维数D；

(5)将步骤(4)得到的JRC尺寸效应分维数D值代入相对JRC尺寸效应率公式 $f=\frac{{\left(0.1L_n\right)}^{-D}-{(0.1L_n-1)}^{-D}}{2^{-D}-1},$ 进行取样长度L_n与相对JRC尺寸效应率f的敏感性分析，得到L_n-f关系图。在L_n-f关系图上，取f＝5％时，L_n-f关系曲线上对应的取样长度即为JRC尺寸效应有效长度L_n ^*。

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