一种岩石结构面形貌尺寸效应分析方法
【专利摘要】本发明提供一种岩石结构面形貌尺寸效应测量分析方法。其步骤包括：⑴首先获取岩石结构面三维形貌数据；⑵按照实验变异函数公式计算结构面分析方向上的点对，并绘制随变化的发展趋势图；⑶确定变异函数模型，应用最小二乘法进行模型拟合，进而确定模型参数变程a与基台C；⑷应用量纲分析法，用JRCv（由a和C表示）表征结构面分析方向上结构面粗糙性特征；⑸按照步骤⑵、⑶和⑷计算结构面不同尺寸范围的各个方向上的JRCv值，以此分析结构面的尺寸效应特征。本发明提供的方法可以定量化表征结构面尺寸效应特征，分析结果为实验室或原位结构面力学试验选择合理尺寸试件提供依据。
【专利说明】一种岩石结构面形貌尺寸效应分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种岩石结构面形貌尺寸效应分析方法，属于岩石力学领域范畴。
【背景技术】
[0002]大量的研究表明，岩石结构面存在明显的尺寸效应特征。早在1977年Barton和Choubey研究岩石结构面剪切强度时,就对结构面尺寸效应进行过相关论述。之后,Barton和Bandi给出了结构面粗糙度系数JRC的尺寸效应修正公式。近年来，国内外诸多学者采用分形理论中的分形维数D和截距A研究了节理面的尺寸效应，得出了参数D和A随着结构面尺寸范围的增大而减小并趋于恒定的结论。尽管国内外学者做了大量研究，但因岩石结构面的复杂性，其尺寸效应特征定量化表征仍是一个难点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种能够定量化描述岩石结构面尺寸效应特征的分析方法，从而进一步为实验室或原位结构面力学试验提供一种选择合理尺寸试件的依据。
[0004]技术解决方案:
本发明首先获取岩石结构面三维形貌数据，然后应用地质统计学原理，计算结构面各个方向上的变异函数，通过分析变异函数特征，提出用变异函数参数(基台和变程)定量化描述岩石结构面粗糙度C/7PCV)的方法，最后应用该法分析岩石结构面的尺寸效应特征。
[0005]用该方法分析岩石结构面尺寸效应特征的具体步骤如下: (O获取岩石结构面数字图像，用图像灰度值表示岩石结构面的三维形貌特征；
(2)以岩石结构面的三维数据为基础，按照实验变异函数计算公式
K^) =+ft)]2，计算结构面分析方向上的_#点对，并绘制_随^变化
的发展趋势图，其中，rm为变异函数值，2?代表结构面X点处的起伏高度，I表示结构面内点的编号，h表示分析方向上两点的间距，聰表示分析方向上结构面内间隔为A的点对数；
(3)根据变异函数值随；1变化的发展趋势，确定变异函数模型，应用最小二乘法进行变异函数模型拟合，确定模型参数变程a与基台C的值；
(4)用//?CV表示结构面的粗糙度，JRCv=衣?α，变程a表示分析方向结构面起伏的频率，而基台C表示结构面起伏度的大小；
(5)划分结构面尺寸范围，不同尺寸范围的结构面各个方向的粗糙度//?CV重复步骤
(2)一 (4)获得ο
[0006]本发明步骤3)中变异函数模型包括:球状模型、或对数模型、或指数模型、或高斯模型。
[0007]本发明还包括用图像灰度值表示岩石结构面三维形貌特征，具体步骤为:①将获得的结构面图像转化为256灰度图；
②在灰度图中O代表最暗，255代表最亮，在岩石结构面中灰度最小值代表最低点，灰度最大值表示最高点，按照公式
【权利要求】
1.一种岩石结构面形貌尺寸效应评价分析方法，其特征在于，方法步骤包括: (1)获取岩石结构面数字图像，用图像灰度值表示岩石结构面的三维形貌特征； (2)以岩石结构面的三维数据为基础，按照实验变异函数计算公式 =+ft)]*，计算结构面分析方向上的(柳力)点对，并绘制例随。变化的发展趋势图，其中，r(h)为变异函数值，2C0代表结构面Z点处的起伏高度，i表示结构面内点的编号，k表示分析方向上两点的间距，釋O表示分析方向上结构面内间隔为ft的点对数； (3)根据变异函数值〃?随&变化的发展趋势，确定变异函数模型，应用最小二乘法进行变异函数模型拟合，确定模型参数变程a与基台C的值； (4)用//?CV表示结构面的粗糙度，JRCv=衣?α，变程a表示分析方向结构面起伏的频率，而基台C表示结构面起伏度的大小； (5)划分结构面尺寸范围，不同尺寸范围的结构面各个方向的粗糙度//?CV重复步骤(2)一 (4)获得ο
2.根据权利要求1所述岩石结构面形貌尺寸效应分析方法，其特征在于，还包括用图像灰度值表示岩石结构面的三维形貌特征，具体步骤为: ①将获得的结构面图 像转化为256灰度图； ②在灰度图中O代表最暗，255代表最亮，在岩石结构面中灰度最小值代表最低点，灰度最大值表示最高点，按照公式￥ =对结构面中的灰度值进行比例缩放，并使其单位转化为像素，从而使缩放后的灰度值表示结构面的实际尺寸，其中，Ifc^表示结构面图像长度，单位像素，L表示结构面实际长度，单位mm，U表示图像中最大灰度值，表示图像中最小灰度值，表示结构面内最高点，单位mm，ft—表示结构面内最低点，单位mm, ft为缩放比例系数。
3.根据权利要求1所述岩石结构面形貌尺寸效应评价分析方法，其特征在于，还包括:结构面的粗糙度/AtV定量化表达，变程《反映了变量的影响范围，相对于所研究结构面区域，在分析方向变程《越大，说明沿该方向结构面起伏的频率越小，而基台O反映了结构面起伏度大小的变化，O值越大，结构面起伏度越大，因此，结构面的粗糙度与变程α成反比，与基台C成正比，变程 < 的量纲为长度的二次方，基台的量纲为长度的一次方，因此与变程β，基台C的关系表示成JRCv =及?α。
4.根据权利要求1所述一种岩石结构面形貌尺寸效应评价分析方法，其特征在于，步骤3)中变异函数模型包括:球状模型、或对数模型、或指数模型、或高斯模型。
【文档编号】G01B21/30GK103884312SQ201410141917
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】陈世江, 郭灵飞 申请人:内蒙古科技大学