[發明專利]基于多元回歸分析的工程巖體結構面粗糙度系數確定方法

有效

• 申請號: 202011182987.5
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112577450B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 杜時貴;雍睿;羅戰友;王昌碩;林杭;章子華;劉文連;楊小聰;李澤;夏才初;鄭榮躍
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30;G01B11/24
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于多元回歸分析的工程巖體結構面粗糙度系數確定方法，從準確獲取尺寸效應分形維數D_n的角度，基于多元回歸分析處理，獲得長度K所對應的潛在滑移面粗糙度系數分形維數D_k，將粗糙度系數分形維數D_k、潛在滑移面實際長度K，以及粗糙度系數分形維數D₂₀、D₃₀、D₄₀將之帶入JRC尺寸效應分形模型，即獲得長度K所對應的潛在滑移面粗糙度系數JRC_k。本發明保證了大尺度結構面粗糙度系數預測結果的可靠性，避免傳統方法因采用經驗值代替D_n造成預測結果誤差大的問題。

技術領域

本發明屬于工程技術領域，涉及一種工程巖體結構面粗糙系數的確定方法，特別是本發明基于結構面粗糙度系數尺寸效應分維數與試樣尺寸關系所構建的多元回歸模型能提供與實測結果更符合的尺寸效應分維數，確保了工程巖體結構面粗糙度預測結果的可靠性。

背景技術

巖體結構面抗剪強度是控制巖質邊坡穩定性的關鍵因素之一。結構面的抗剪強度性質主要決定于結構面的形態、連續性、膠結填充特征及壁巖性質、次生變化和受力歷史(反復剪切次數)等等。對于硬性結構面，表面形態是控制結構面力學性質的決定性因素。結構面粗糙度系數(JRC)是描述表面粗糙起伏形態對結構面抗剪強度影響的力學指標。同時，JRC-JCS模型目前是唯一能夠應用于工程實踐的結構面抗剪強度參數的經驗估算方法。因此，準確獲取工程巖體結構面的粗糙度系數對巖質邊坡穩定性精準評價具有重要意義。

結構面力學性質隨取樣尺寸的增大而變化是眾所周知的現象，尺寸效應已成為研究結構面力學行為不可忽略的一個部分。大量學者通過試驗研究證明了結構面粗糙度系數具有尺寸效應的客觀事實。然而，工程中人們為了把小尺度結構面粗糙度系數測量結果直接應用到工程大尺度的結構面中，通常做法是把小尺度結構面粗糙度系數測定結果人為折減70％應用于具體邊坡巖體結構面抗剪強度的確定，它掩蓋了結構面粗糙度系數具有尺寸效應的客觀屬性，既不科學也不合理，可靠度低。為了解決工程尺度結構面粗糙度系數取值難題，國內外學者開展了基于尺寸效應規律的結構面粗糙度系數獲取方法研究，其中具有代表性的研究如下：

Barton與Bandis(1980)在大量試驗的基礎上，得到了考慮尺寸效應的JRC計算公式：

式中，L₀表示實驗室試樣結構面的長度，即100mm；L_n表示工程巖體結構面的長度；JRC₀為結構面長度(100mm)下的粗糙度系數；JRC_n為工程巖體結構面的粗糙度系數。

杜時貴(1997)基于分形幾何的碼尺法分維數D與結構面粗糙度的物理意義剖析，認為分維數與JRC之間不存在必然相關性，但在實測資料統計分析基礎上構建的JRC尺寸效應分形模型能客觀而真實地刻畫粗糙度系數隨取樣長度增大而降低的規律，該JRC尺寸效應分形模型如下：

式中，JRC_n、D_n分別為工程巖體結構面所對應的結構面粗糙度系數及尺寸效應分維數，L_n為巖體結構面尺寸。

對比上述Barton、Bandis(1980)提出的經驗公式，杜時貴(1997)的預測模型采用尺寸效應分形維數D_n取代經驗系數0.02JRC₀的做法，具有明確的物理意義，原則上工程巖體結構面的粗糙度系數預測結果更準確。然而，預測結果可靠與否直接取決于獲取尺寸效應分形維數D_n的準確性。