[發明專利]工程現場超大尺寸結構面抗剪強度評估方法

有效

• 申請號: 202110043772.3
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112903476B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 劉廣建;杜時貴;羅戰友;呂原君
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;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

一種工程現場超大尺寸結構面抗剪強度評估方法，其步驟為：第一，利用三維激光掃描和雕刻技術，制作結構面原狀試樣；第二，進行系列尺寸結構面試樣直剪試驗，測量抗剪強度；第三，將結構面長度進行無量綱化，對數據進行擬合和求導處理，獲得抗剪強度隨長度的函數關系，找到函數斜率的突變點；第四，計算工程現場結構面剪切試驗所需尺寸范圍，進行試驗獲得抗剪強度；第五，基于自相似性原理，對抗剪強度以及長度進行循環迭代，找到工程現場基準結構面長度；第六，進行現場和實驗室結構面抗剪強度值對比分析，進行工程現場超大尺寸結構面抗剪強度評估。本發明評估方法能夠提高工程現場結構面抗剪強度的測定精度，簡單可靠、適用性強。

技術領域

本發明涉及大型露天礦山滑坡災害防控技術領域，具體涉及一種工程現場超大尺寸結構面抗剪強度評估方法。

背景技術

隨著經濟的快速發展，我國在中西部大型基礎建設上的投資越來越大，如大型水電工程、高速鐵路、深部資源開采、戰略石油儲備以及核電工程等大型項目，這些項目的施工建設在提高人民生活水平、促進經濟進一步發展的同時，也帶來了較多的工程地質災害問題，如滑坡、泥石流、巖爆、地震等，導致工程區巖體的穩定性及災變問題相當突出，嚴重威脅著人民的生命和財產安全。經過調查研究，這些工程地質不穩定現象多數與煤巖體中的結構面的剪切失穩有關，而結構面是否發生剪切失穩是由其抗剪強度決定，以露天礦山邊坡為例，只有當關鍵結構面受到的下滑力小于其抗剪強度時，邊坡才可保持穩定性。然而，對于大型露天邊坡而言，總體邊坡、組合臺階邊坡的關鍵結構面尺寸達數十米甚至上百米，由于結構面抗剪強度尺寸效應的存在，傳統的小型室內剪切試驗得到的結構面抗剪強度指標誤差較大，因此，進行工程現場超大尺寸巖體結構面抗剪強度評估非常有必要。

目前較多學者考慮了尺寸效應，利用實驗室結構面直剪試驗進行抗剪強度評估，取得了一定效果，但仍有較多不足之處：(1)考慮結構面尺寸效應，將室內小型剪切試驗得到的結構面抗剪強度折減70％，由于人為主觀性，獲得的結果往往誤差較大；(2)采用大型結構面(100cm)剪切試驗,往往人為結構面抗剪強度存在尺寸閾值，但由于試驗結果的離散性及結構面尺寸仍遠遠小于工程現場結構面尺寸，很難得到結構面尺寸閾值；(3)進行結構面試樣選取時，往往破壞了結構面的壁巖強度或裂隙分布，無法還原工程現場結構面力學性質和幾何信息，測得的抗剪強度結果離散性大，與真實性偏差較大；(4)在進行實驗室結構面直剪試驗時，往往將受力條件簡化為法向應力和剪切應力，沒有考慮到工程現場結構面所處條件的復雜性，如滲水、震動的影響，導致實驗室獲得的結構面抗剪強度與工程現場的值偏差較大。

發明內容

為了克服已有技術的不足，本發明提供了一種評估方法簡單可靠、適用性強的工程現場超大尺寸結構面抗剪強度評估方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種工程現場超大尺寸結構面抗剪強度評估方法，包括以下步驟：

1)選取待評估的工程現場超大尺寸結構面，對裸露部分的結構面進行三維激光掃描，獲得結構面三維點云數據，通過高精度融合、去噪、坐標轉換工作合成工程現場大尺寸結構面的表面形貌；

2)截取步驟1)中設定長度區間、等寬的系列尺寸結構面形貌，所述設定長度區間內以實驗室基準結構面長度為基準，等間隔設置，間隔長度為實驗室基準結構面長度，利用三維數控雕刻技術，制作與原巖結構面幾何信息和力學性質一致的結構面原狀試樣；

3)利用“結構面尺寸效應剪切試驗儀”進行上述系列尺寸結構面試樣直剪試驗，測量結構面的抗剪強度參數；

4)以實驗室基準結構面長度為基準，將結構面長度進行無量綱化處理，獲得結構面長度標準化值，如公式(1)；

式中，K_l為結構面長度標準化值，無量綱；L_l為各個結構面長度；為實驗室基準結構面長度；