一種節理粗糙度的確定方法
【專利摘要】一種節理粗糙度的確定方法，其首先選取Barton推薦的十條標準粗糙度曲線中的一條作為標準，對其進行分段后分別確定坡度期望、伸長率和分形維數，并將其與粗糙度建立相應的聯系以擬合出粗糙度公式；然后對于待測曲線則通過同樣的方法確定出坡度期望、伸長率與分形維數，將獲得的參數代入前述獲得的粗糙度公式中，從而確定待測曲線的粗糙度，其同時考慮到了坡度期望、伸長率以及分形維數，根并且據統計分析進行擬合，能夠更加準確的定量描述節理表面粗糙度，本發明所示的方法綜合考慮了坡度期望、伸長率和分形維數，通過統計數據分析，得出合理的擬合公式，在使用中能夠更加準確的定量描述表面粗糙度。
【專利說明】一種節理粗糙度的確定方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于巖土工程【技術領域】，涉及節理粗糙度的確定方法。
【背景技術】
[0002] 在所有的巖體中幾乎都存在不同程度、不同數量的裂隙和結構面，這些不連續面 破壞了巖體的完整性和連續性，削弱了巖體強度，增大了巖體變形甚至破碎。巖體的強度 主要取決于軟弱結構面，而節理粗糙度被用來描述結構面的強度，從而有必要定量地描述 節理粗糙度。
[0003] 關于節理粗糙度的計算，國內外開展過一些工作，并取得了一定的成果。1977年 巴頓（N. Barton)根據大量試驗，在統計分析的基礎上提出了描述節理粗糙程度的參數。 Barton給出了 10條標準曲線，來表示節理粗糙度系數為0-20的節理輪廓線，并得到國際 巖石力學協會推薦使用。吉峰通過對節理粗糙度系數（JRC)量化確定的研究，對大量結 構面起伏曲線進行矢量化分析，建立了 JRC與起伏曲線高度、坡度兩個因素的經驗公式。 Turk和Dearman(1985)用直接測量法。直接測量的表達式為：cosi = Ld/Lt，Ld為輪廓曲 線的直線長度，Lt為輪廓曲線的跡線長度。王岐（1986)提出伸長率法，伸長率表達式為
【權利要求】
1. 一種節理粗糙度的確定方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 確定作為標準的粗糙度標準曲線的粗糙度公式； (1-1)任意選取一條粗糙度標準曲線，確定所述粗糙度標準曲線的坡度期望Z、伸長率 R以及分形維數D; (1-2)將所述粗糙度標準曲線的坡度期望Z、伸長率R以及分形維數D與標準粗糙度曲 線直接進行數字擬合以確定作為標準的所述粗糙度標準曲線的粗糙度公式； (2) 確定待測未知粗糙度曲線的粗糙度； (2-1)確定所述待測未知粗糙度曲線的坡度期望Z、伸長率R以及分形維數D ; (2-2)將步驟（2-1)確定的所述待測未知粗糙度曲線的坡度期望Z、伸長率R以及分 形維數D代入所述步驟（1-2)確定的粗糙度公式中以確定所述待測未知粗糙度曲線的粗糙 度。
2. 根據權利要求1所述的節理粗糙度的確定方法，其特征在于：所述步驟（1-1)以及 步驟（2-1)中，將所述粗糙度標準曲線/待測未知粗糙度曲線進行矢量化，放入直角坐標系 中，根據坡度期望公式確定二者的坡度期望值Z，所述坡度期望公式表達式為 ： 零一 \ 一一 fe - - 其中，Xi、xi+1為粗糙度標準曲線/待測未知粗糙度曲線上測點的橫坐標；yi、yi+1為粗 糙輪廓曲線上測點的縱坐標；η為測點個數。
3. 根據權利要求2所述的節理粗糙度的確定方法，其特征在于：所述坡度期望值的確 定包括以下步驟： (a) 從已放至直角坐標系的粗糙度標準曲線/待測未知粗糙度曲線上選取2m*n個測 點，根據所述坡度期望公式確定所述2 m*n個測點的坡度期望值Z2m，所述m為大于等于0的 整數； (b) 將測點個數加倍至2m+1*n個測點，根據所述坡度期望公式確定所述2m+1*n個測點的 坡度期望值Z 2m+1 ; (c) 比較所述坡度期望值Z2m與所述坡度期望值Z2m+1的大小，若所述差值小于確定值 ξ，則認定所述坡度期望值22!11+1為所述粗糙度曲線的坡度期望值Z，若所述差值大于確定 值ξ，則將測點個數加倍并轉入步驟（a)中，比較所述2 #+1與22111+2的大小，直至二者之 間的差值小于確定值ξ后，認定所述Z 2m+z為所述粗糙度曲線的坡度期望值Z。
4. 根據權利要求3所述的節理粗表面糙度的確定方法，其特征在于：所述確定值ξ為 大于零小于1的任一數值。
5. 根據權利要求1所述的節理粗糙度的確定方法，其特征在于：所述步驟（1-1)以及 步驟（2-1)中，糙度標準曲線/待測未知粗糙度曲線的伸長率確定包括以下步驟：將所述粗 糙度標準曲線/待測未知粗糙度曲線進行矢量化，放入直角坐標系中，根據伸長率公式確 定二者的伸長率R，所述伸長率公式為： R = ^ X 100? 其中，R為伸長率；L為剖面跡線長度；U為剖面直線長度。
6. 根據權利要求1所述的節理粗糙度的確定方法，其特征在于：所述步驟（1-1)以及 步驟（2-1)中，粗糙度標準曲線/待測未知粗糙度曲線的分形維數D確定包括以下步驟： (I) 確定所述粗糙度標準曲線/待測未知粗糙度曲線的圖像； (II) 將獲得的粗糙度標準曲線/待測未知粗糙度曲線的圖像進行二值化處理，將每一 個像素點轉變為黑色或者白色，并定義黑色像素點為1，白色為〇以將所述粗糙度標準曲線 /待測未知粗糙度曲線的圖像轉換成數據文件； (III) 利用記盒分形維數方法，將步驟（II)中確定的粗糙度標準曲線/待測未知粗糙 度曲線數據文件劃分為若干塊，定義每一塊的行列數均為k，把包含1的塊的個數記為N k， 則取不同的k值，得到不同的Nk; (IV) 在雙對數坐標上用最小二乘法擬合數據點（-log k，log Nk)，得到的直線斜率就 是所述粗糙度標準曲線/待測未知粗糙度曲線圖像的物理計盒維數，即分形維數D。
7. 根據權利要求1所述的節理粗糙度的確定方法，其特征在于：所述步驟（1-2)中，所 述節理粗糙度公式為： JRC = 0. 81X (-3. 78+74. 33Z+5. 06R)LCI8D 其中，Z為粗糙度標準曲線的坡度期望值、R為粗糙度標準曲線的伸長率、D為粗糙度標 準曲線的分形維數。
8. 根據權利要求1所述的節理粗糙度的確定方法，其特征在于：所述步驟（1-1)中，所 述標準的粗糙度標準曲線為barton推薦的十條粗糙度標準曲線的任意一條。
【文檔編號】G06F19/00GK104239711SQ201410453516
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2014年9月9日
【發明者】楊坪, 高書文, 鄧濤, 吳民暉, 劉詩堯, 張優龍, 薛守寶 申請人:同濟大學