[發明專利]巖石結構面實驗室合理尺寸確定的多重分形參數分析方法

有效

• 申請號: 201710453723.0
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107292017B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 陳世江;郭國瀟;楊志東
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 宋平

本發明提供了一種巖石結構面實驗室內合理尺寸確定的多重分形參數分析方法，應用多重分形參數表征巖石結構面粗糙度，分析了巖石結構面粗糙度的尺寸效應規律，并給出了函數關系式，提出了用函數曲線斜率傾角確定巖石結構面實驗室內合理尺寸的新方法。本發明克服了通過計算巖石結構面二維剖面線分形維數來研究結構面尺寸效應片面性的缺點，使得巖石結構面的尺寸效應分析結果更為精確，為實驗室內巖石結構面合理尺寸的確定提供了理論依據。

技術領域

本發明涉及巖石結構面尺寸效應的定量化表征，特別涉及一種巖石結構面實驗室合理尺寸確定的多重分形參數分析方法。

背景技術

大量試驗表明，巖石結構面的力學性質是存在尺寸效應的，而這一現象主要源于結構面粗糙度的尺寸效應。因此，在實驗室如何利用結構面的粗糙信息規律確定合理的巖石試件尺寸具有重要的現實意義。目前表示結構面粗糙度的方法主要有統計參數表征法，分形維數描述法。分形幾何是描述自然界不規則幾何體的有效方法，因此，分形維數描述結構面粗糙度的成果較多。然而，在應用分形維數研究結構面的尺寸效應規律方面，目前僅局限于采用結構面某一或某幾條剖面線的分形維數來描述，這樣存在以偏概全的缺陷。另外，研究也表明，巖石結構面粗糙度具有多重分形特征。然而，應用多重分形參數研究巖石結構面粗糙度的尺寸效應規律鮮有報道。因此，為了克服上述不足，本發明應用三維掃描儀獲取巖石結構面形貌數據，采用改進投影覆蓋法計算不同尺寸大小結構面的多重分形參數，分析其變化規律，給出其函數表達式，提出采用函數斜率傾角確定實驗室內同類型結構面的合理尺寸的新方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種更為精確的巖石結構面實驗室合理尺寸的確定方法。

本發明提供一種巖石結構面實驗室合理尺寸確定的多重分形參數分析方法，包括以下步驟：

根據需要按照不同尺寸劃分方案，將結構面劃分為大小不同的區域；

計算各區域結構面的多重分形參數值；

研究大小不同結構面多重分形參數的變化規律，給出各尺寸劃分方案下結構面尺寸效應的函數關系式，用對數函數關系和表示，所述的a、b分別為系數，ΔD、Δa是多重分形參數，L₀為基礎結構面邊長，L₀＝32mm，L為所計算結構面的邊長，LL₀；

比較各方案結構面尺寸效應函數關系式，以系數a的絕對值最大的函數關系式作為確定實驗室內巖石結構面合理尺寸的計算依據；

當函數和曲線某一點斜率傾角等于K°時，將該點值作為結構面的合理臨界尺寸，亦即求解時，L的值，所述的K是評判指標，通過在實驗室比較函數斜率較小時的兩塊巖石結構面的力學性能，驗證后進行確定。

所述的計算各區域結構面的多重分形參數值的步驟具體為：

(1)獲取該區域結構面的三維形貌數據，包括結構面各點的高度信息，所述高度信息是指該點與結構面內最低點的落差；

(2)測度距q分別取值[-45,45]的整數，重復進行步驟(3)至(8)；

(3)尺度變量δ分別取值重復進行步驟(4)至(6)；

(4)將結構面劃分成δ^-1×δ^-1個小網格，采用函數rand()生成隨機數，判斷所生成隨機數的奇偶性，根據隨機數的奇偶性選擇小網格中三角形的不同劃分方案，按照海倫公式計算每個小網格的面積A_i(δ)，其中i＝1,2,…,δ^-1×δ^-1，進而計算結構面的總面積

(5)計算每個小網格的結構面粗糙性概率p_i(δ)，

(6)計算每個小網格的測度u_i(q,δ)，進一步計算log(1/δ)以及