一种节理粗糙度的确定方法技术

一种节理粗糙度的确定方法，其首先选取Barton推荐的十条标准粗糙度曲线中的一条作为标准，对其进行分段后分别确定坡度期望、伸长率和分形维数，并将其与粗糙度建立相应的联系以拟合出粗糙度公式；然后对于待测曲线则通过同样的方法确定出坡度期望、伸长率与分形维数，将获得的参数代入前述获得的粗糙度公式中，从而确定待测曲线的粗糙度，其同时考虑到了坡度期望、伸长率以及分形维数，根并且据统计分析进行拟合，能够更加准确的定量描述节理表面粗糙度，本发明专利技术所示的方法综合考虑了坡度期望、伸长率和分形维数，通过统计数据分析，得出合理的拟合公式，在使用中能够更加准确的定量描述表面粗糙度。

【技术实现步骤摘要】
一种节理粗糙度的确定方法
本专利技术属于岩土工程
，涉及节理粗糙度的确定方法。
技术介绍
在所有的岩体中几乎都存在不同程度、不同数量的裂隙和结构面,这些不连续面破坏了岩体的完整性和连续性,削弱了岩体强度，增大了岩体变形甚至破碎。岩体的强度主要取决于软弱结构面，而节理粗糙度被用来描述结构面的强度，从而有必要定量地描述节理粗糙度。关于节理粗糙度的计算，国内外开展过一些工作，并取得了一定的成果。1977年巴顿(N.Barton)根据大量试验，在统计分析的基础上提出了描述节理粗糙程度的参数。Barton给出了10条标准曲线，来表示节理粗糙度系数为0-20的节理轮廓线，并得到国际岩石力学协会推荐使用。吉峰通过对节理粗糙度系数(JRC)量化确定的研究，对大量结构面起伏曲线进行矢量化分析，建立了JRC与起伏曲线高度、坡度两个因素的经验公式。Turk和Dearman(1985)用直接测量法。直接测量的表达式为：cosi＝Ld/Lt，Ld为轮廓曲线的直线长度，Lt为轮廓曲线的迹线长度。王岐(1986)提出伸长率法，伸长率表达式为Carr、Turk、谢和平、王建峰和杜时贵等人曾做过Fractural方法研究JRC的尝试，建立了分维数D与JRC之间的对应关系，但是节理粗糙度并不是只用单个因子或者双个因子就能够准确求得的，而是需要考虑更多的方面才能准确的确定节理粗糙度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种节理粗糙度确定方法，其考虑了坡度期望、伸长率和分形维数，通过统计数据分析，得出合理的拟合公式，能够更加准确、定量的描述表面粗糙度。为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：一种节理粗糙度的确定方法，包括以下步骤：(1)确定作为标准的粗糙度标准曲线的粗糙度公式；(1-1)任意选取一条粗糙度标准曲线，确定所述粗糙度标准曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D；(1-2)将所述粗糙度标准曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D与标准粗糙度曲线直接进行数字拟合以确定作为标准的所述粗糙度标准曲线的粗糙度公式；(2)确定待测未知粗糙度曲线的粗糙度；(2-1)确定所述待测未知粗糙度曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D；(2-2)将步骤(2-1)确定的所述待测未知粗糙度曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D代入所述步骤(1-2)确定的粗糙度公式中以确定所述待测未知粗糙度曲线的粗糙度。所述步骤(1-1)以及步骤(2-1)中，将所述粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线进行矢量化，放入直角坐标系中，根据坡度期望公式确定二者的坡度期望值Z，所述坡度期望公式表达式为：其中，xi、xi+1为粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线上测点的横坐标；yi、yi+1为粗糙轮廓曲线上测点的纵坐标；n为测点个数。进一步的，所述坡度期望值的确定包括以下步骤：(a)从已放至直角坐标系的粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线上选取2m*n个测点，根据所述坡度期望公式确定所述2m*n个测点的坡度期望值Z2m，所述m为大于等于0的整数；(b)将测点个数加倍至2m+1*n个测点，根据所述坡度期望公式确定所述2m+1*n个测点的坡度期望值Z2m+1；(c)比较所述坡度期望值Z2m与所述坡度期望值Z2m+1的大小，若所述差值小于确定值ξ，则认定所述坡度期望值Z2m+1为所述粗糙度曲线的坡度期望值Z，若所述差值大于确定值ξ，则将测点个数加倍并转入步骤(a)中，比较所述Z2m+1与Z2m+z的大小，直至二者之间的差值小于确定值ξ后，认定所述Z2m+z为所述粗糙度曲线的坡度期望值Z。优选的，所述确定值ξ为大于零小于1的任一数值。所述步骤(1-1)以及步骤(2-1)中，糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线的伸长率确定包括以下步骤：将所述粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线进行矢量化，放入直角坐标系中，根据伸长率公式确定二者的伸长率R，所述伸长率公式为：其中，R为伸长率；L为剖面迹线长度；L0为剖面直线长度。所述步骤(1-1)以及步骤(2-1)中，粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线的分形维数D确定包括以下步骤：(I)确定所述粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线的图像；(II)将获得的粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线的图像进行二值化处理，将每一个像素点转变为黑色或者白色，并定义黑色像素点为1，白色为0以将所述粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线的图像转换成数据文件；(Ⅲ)利用记盒分形维数方法，将步骤(II)中确定的粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线数据文件划分为若干块，定义每一块的行列数均为k，把包含1的块的个数记为Nk，则取不同的k值，得到不同的Nk；(IV)在双对数坐标上用最小二乘法拟合数据点(-logk，logNk)，得到的直线斜率就是所述粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线图像的物理计盒维数，即分形维数D。所述步骤(1-2)中，所述节理粗糙度公式为：JRC＝0.81×(-3.78+74.33Z+5.06R)1.08D其中，Z为粗糙度标准曲线的坡度期望值、R为粗糙度标准曲线的伸长率、D为粗糙度标准曲线的分形维数。所述步骤(1-1)中，所述标准的粗糙度标准曲线为barton推荐的十条粗糙度标准曲线的任意一条。由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的一种节理表面粗糙度确定方法，其首先选取Barton推荐的十条标准粗糙度曲线中的一条作为标准曲线，对其进行分段后分别确定坡度期望、伸长率和分形维数，并将其与粗糙度建立相应的联系以拟合出粗糙度公式；然后对于待测曲线则通过同样的方法确定出坡度期望、伸长率与分形维数，将获得的参数代入前述获得的粗糙度公式中，从而确定待测曲线的粗糙度，由于其同时考虑到了坡度期望、伸长率以及分形维数，根并且据统计分析进行拟合，能够更加准确的定量描述节理表面粗糙度。附图说明图1为本专利技术所示的节理粗表面糙度确定方法工作流程图；图2为所选取的一条barton推荐粗糙度标准曲线的坡度期望；图3为图2所示的粗糙度标准曲线二值化后的图像示意图；图4为图3所示二值化后的图像的数字化表示。具体实施方式以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术公开了一种节理粗糙度的确定方法，如图1所示，其包括以下步骤：(1)确定作为标准的粗糙度标准曲线的粗糙度公式；(1-1)任意选取一条粗糙度标准曲线，确定粗糙度标准曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D。本实施例中，选取barton推荐的十条粗糙度标准曲线的任意一条作为标准的粗糙度标准曲线。粗糙度标准曲线的坡度期望Z确定步骤如下，将确定的粗糙度标准曲线进行矢量化，放入直角坐标系中：(a)从已放至直角坐标系的粗糙度标准曲线上选取2m*n个测点，根据坡度期望公式确定2m*n个测点的坡度期望值Z2m，m为大于等于0的整数；(b)将测点个数加倍至2m+1*n个测点，根据坡度期望公式确定2m+1*n个测点的坡度期望值Z2m+1；(c)比较坡度期望值Z2m与坡度期望值Z2m+1的大小，若差值小于确定值ξ，则认定坡度期望值Z2m+1为粗糙度曲线的坡度期望值Z，若差值大于确定值ξ，则将测点个数加倍并转入步骤(a)中，比较Z2m+1与Z2m+z的大小，直至二者之间的差值小于确定值ξ后，认定Z2m+z为粗糙度曲线的坡度期望值Z。其中，根据坡度期望公式表达式来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种节理粗糙度的确定方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)确定作为标准的粗糙度标准曲线的粗糙度公式；(1‑1)任意选取一条粗糙度标准曲线，确定所述粗糙度标准曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D；(1‑2)将所述粗糙度标准曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D与标准粗糙度曲线直接进行数字拟合以确定作为标准的所述粗糙度标准曲线的粗糙度公式；(2)确定待测未知粗糙度曲线的粗糙度；(2‑1)确定所述待测未知粗糙度曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D；(2‑2)将步骤(2‑1)确定的所述待测未知粗糙度曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D代入所述步骤(1‑2)确定的粗糙度公式中以确定所述待测未知粗糙度曲线的粗糙度。

【技术特征摘要】
1.一种节理粗糙度的确定方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)确定作为标准的粗糙度标准曲线的粗糙度公式；(1-1)任意选取一条粗糙度标准曲线，确定所述粗糙度标准曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D；(1-2)将所述粗糙度标准曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D与标准粗糙度曲线直接进行数字拟合以确定作为标准的所述粗糙度标准曲线的粗糙度公式；(2)确定待测未知粗糙度曲线的粗糙度；(2-1)确定所述待测未知粗糙度曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D；(2-2)将步骤(2-1)确定的所述待测未知粗糙度曲线的坡度期望Z、伸长率R以及分形维数D代入所述步骤(1-2)确定的粗糙度公式中以确定所述待测未知粗糙度曲线的粗糙度；所述步骤(1-1)以及步骤(2-1)中，将所述粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线进行矢量化，放入直角坐标系中，根据坡度期望公式确定二者的坡度期望值Z，所述坡度期望公式表达式为：其中，xi、xi+1为粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线上测点的横坐标；yi、yi+1为粗糙轮廓曲线上测点的纵坐标；n为测点个数；所述坡度期望值的确定包括以下、步骤：(a)从已放至直角坐标系的粗糙度标准曲线/待测未知粗糙度曲线上选取2m×n个测点，根据所述坡度期望公式确定所述2m×n个测点的坡度期望值Z2m，所述m为大于等于0的整数；(b)将测点个数加倍至2m+1×n个测点，根据所述坡度期望公式确定所述2m+1×n个测点的坡度期望值Z2m+1；(c)比较所述坡度期望值Z2m与所述坡度期望值Z2m+1的大小，若所述差值小于确定值ξ，则认定所述坡度期望值Z2m+1为所述粗糙度曲线的坡度期望值Z，若所述差值大于确定值ξ，则将测点个数加倍并转入步骤(a)中，比较所述Z2m+1与Z2m+2的大小，直至二者之间的差值小于确定值ξ后，认定所述Z2m+2为所述粗糙度曲线的坡度期望值Z。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨坪，高书文，邓涛，吴民晖，刘诗尧，张优龙，薛守宝，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31