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摘要
岩体结构面粗糙度定量化表征对结构面力学性质精准描述具有重要意义。研究表明,在量化结构面粗糙度的众多统计参数中,均方根Z2和结构函数SF与巴顿10条典型节理轮廓线的粗糙度系数JRC值相关性最好。然而,采样间隔是制约其实践应用的重要瓶颈。基于此,应用数字图像处理技术,首先计算10条节理线在采样间隔SI∈[0.2 mm,10 mm]范围的30组Z2和SF值;然后分析不同采样间隔SI分别对Z2和SF的影响规律,进一步推演组合参数(Z2,SI),(SF,SI)分别与JRC的关系;以此提出适用于采样间隔SI∈[1 mm,10 mm]范围内的任一间隔组合参数(Z2,SI),(SF,SI)评估结构面粗糙度JRC的通用方法;最后通过结构面剪切试验验证所提评估公式的可靠性。结果表明:(1)同一节理轮廓线,随采样间隔SI增大,Z2值逐渐减小;而参数SF值随采样间隔SI的增大而增大;两参数Z2和SF分别与SI呈相关性很好的幂函数关系;且其幂函数的系数总体上随JRC的增大而增大。(2)所提2种评估方法经巴顿曲线粗糙度的初步验证,3条节理线(JRC0-2,JRC16-18,JRC18-20)粗糙度估值总体上略偏小些,而(JRC4-6,JRC10-12)这两条节理线粗糙度估值总体上略偏大些,其他5条节理线粗糙度估算值基本分布在其粗糙度范围内。(3)室内直剪试验反算试验结构面4个方向的粗糙度与估算公式结果进行对比验证可知,粗糙度估计值与试验值总体上比较接近;若最大允许偏差为4时,采用两评估方法任一间隔组合参数评估4个方向结构面的粗糙度,其准确率不低于83.33%。该研究成果克服了统计参数Z2,SF评估结构面粗糙度受采样间隔影响的缺陷;为统计参数评估结构面粗糙度提供了一种新方法。
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单位内蒙古福城矿业有限公司; 内蒙古科技大学
