最优采样间距条件下的结构面粗糙度系数统计方法技术

一种最优采样间距条件下的结构面粗糙度系数统计方法，包括以下步骤：1)根据选定的试验方向，沿着试验方向绘制出n条相互平行的二维轮廓剖面线，将绘制轮廓曲线的图纸进行扫描并转换为TIF格式；根据码尺法编写matlab程序，选取其中第i条二维剖面线，计算出对应的分形维数D；2)将计算得到的二维剖面曲线的分形维数D值代入公式(2)中，计算第i条二维剖面线对应的粗糙度系数特征值JRCi；3)然后对其它n‑1条曲线，同样按照步骤2)和步骤3)，计算得到相应的粗糙度系数特征值JRCi，最后统计出结构面沿着试验方向，采样间距为Δx时的粗糙度系数平均值。本发明专利技术能够较为准确利用分形维数来描述岩体结构面粗糙度。

【技术实现步骤摘要】
最优采样间距条件下的结构面粗糙度系数统计方法
本专利技术涉及一种基于最优采样间距条件下的粗糙度系数统计方法，适用于根据采样间距与分形维数D值来估算结构面粗糙度系数的场合。
技术介绍
岩体结构面控制着岩体的变形和破坏等力学性质，而岩体结构面的力学性质与其表面形貌密切相关。JRC作为描述结构面表面形貌的特征参数，受到学者们的广泛关注。关于岩体结构面粗糙度系数JRC的评价方法主要有以下几种：经验估算法、统计参数法、直边法和分形维数法等。分形维数法作为评价岩体结构面表面粗糙程度的一种定量化方法，受到了学者的广泛关注。自从Turk和Carr的研究之后，分形维数被认为是量化岩石结构面粗糙度的一个合适的参数。Lee等采用2、4、6、8、10mm五个采样间距来计算分形维数D，Bae分析了采样间距为1、2、4、8、16、32、64mm时所得到分形维数D值，而祝玉学、LiYanrong等并未在文献中给出具体采样间距。以上研究中分析了较多采样间距下所计算得到的分形维数D，但未给出合适的采样间距。以上分析研究中尚未有研究者系统研究采样间距对分形维数D值的影响，这也是不同研究者的计算结果互不相同甚至互相冲突的原因所在。课题组针对91个采样间距区间条件下的岩体结构面二维轮廓曲线分形维数的变化规律分析研究得出，当采样间距r为0.3，0.6，0.9，1.2mm时，计算出的分形维数D值更具有代表性，此时，公式JRC＝1126.95D-1127.50可以较好的描述结构面粗糙度JRC与分形维数D之间的关系。
技术实现思路
为了克服已有结构面粗糙度系数分形评价方法无法准确地描述结构面粗糙度的不足，本专利技术提供一种基于最优采样间距条件下的结构面粗糙度系数统计方法，能够较为准确利用分形维数来描述岩体结构面粗糙度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种最优采样间距条件下的结构面粗糙度系数统计方法，所述统计方法包括以下步骤：1)根据选定的试验方向，按照一定的间隔，沿着试验方向绘制出n条相互平行的二维轮廓剖面线，利用大型扫描仪将绘制轮廓曲线的图纸进行扫描，并转换为TIF格式；根据码尺法编写matlab程序，选取其中第i条二维剖面线，其中i小于等于n，设置采样间距为r，C是待定常数，按照如下公式计算出对应的分形维数D；logN(r)＝-Dlogr+C(1)2)将计算得到的二维剖面曲线的分形维数D值代入公式(2)中，计算第i条二维剖面线对应的粗糙度系数特征值JRCi；JRC＝1126.95D-1127.50(2)3)然后对其它n-1条曲线，同样按照步骤2)和步骤3)，计算得到相应的粗糙度系数特征值JRCi，最后统计出结构面沿着试验方向，采样间距为Δx时的粗糙度系数平均值其中：本专利技术的技术构思为：基于不同采样间距区间下，岩体结构面轮廓曲线的分形维数的变化规律，提出一种最优采样间距下的岩体结构面粗糙度系数的统计方法。本专利技术的有益效果主要表现在：所计算的分形维数更具有代表性，能够较为准确利用分形维数来描述岩体结构面粗糙度。附图说明图1是Barton10条标准轮廓曲线的示意图。图2为最优采样间距条件下，Barton10条标准轮廓线JRC的计算值。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1和图2，一种最优采样间距条件下的结构面粗糙度系数统计方法，所述统计方法包括以下步骤：1)根据选定的试验方向，按照一定的间隔，沿着试验方向绘制出n条相互平行的二维轮廓剖面线，利用大型扫描仪将绘制轮廓曲线的图纸进行扫描，并转换为TIF格式；根据码尺法编写matlab程序，选取其中第i条二维剖面线，其中i小于等于n，设置采样间距为r，C是待定常数，按照如下公式计算出对应的分形维数D；logN(r)＝-Dlogr+C(1)2)将计算得到的二维剖面曲线的分形维数D值代入公式(2)中，计算第i条二维剖面线对应的粗糙度系数特征值JRCi；JRC＝1126.95D-1127.50(2)3)然后对其它n-1条曲线，同样按照步骤2)和步骤3)，计算得到相应的粗糙度系数特征值JRCi，最后统计出结构面沿着试验方向，采样间距为Δx时的粗糙度系数平均值其中：实例1：选用Barton的10条标准轮廓曲线对比分析。一种最优采样间距条件下的结构面粗糙度系数统计方法，所述统计方法包括以下步骤：1)为了验证所提出结构面粗糙度系数统计方法的可行性，选取Barton的10条标准轮廓曲线(尺寸均为10cm，见图1)进行对比分析。设置采样间距r为0.3、0.6、0.9、1.2mm，按照公式(1)分别计算十条二维剖面线的分形维数D：2)将计算得到的十条轮廓曲线的分形维数D值代入公式(2)中，计算所选取的二维剖面线对应的粗糙度系数特征值JRCi，其中i＝1～10，分别代表编号为1～10的不同粗糙度曲线。表1为r＝0.3，0.6，0.9，1.2mm时，Barton的10条标准轮廓曲线的粗糙度系数特征值JRC。编号JRC反算值JRC计算值相对误差/％10.40.392.7822.82.722.7735.85.682.1246.76.892.8859.59.262.48610.811.133.04712.813.132.56814.514.152.40916.717.122.501018.719.252.96表13)通过表1中JRC的计算值，根据公式δ＝[JRC计算值-JRC反算值)/JRC反算值]×100％计算得到最优采样间距条件下的粗糙度系数特征值JRC对应的相对误差，如图2所示。可以发现，新提出的JRC与D之间的关系式所估测的JRC值与试验反算值的吻合度较高，相对误差均在5％以内。因此，新公式计算得到的结果可以较好的满足要求，JRC值更具有代表性。实例2：选取的原岩结构面来自浙江省浙江省常山县，属于钙质板岩，具有板状结构，沿板理方向可以剥成薄片，可获得质量较佳的岩石结构面，供研究使用。本实施例的一种最优采样间距条件下的结构面粗糙度系数统计方法，包括以下步骤：1)选取浙江省常山县的钙质板岩结构面(平面尺寸为1100mm×1100mm)为原岩试样，沿设定方向，以15°为间隔对结构面进行定向测量，获取24条二维轮廓曲线，采用大型扫描仪将绘制有结构面轮廓线进行扫描，并转换为TIF格式。2)设置结构面二维轮廓曲线的采样间距r为0.3、0.6、0.9、1.2mm，按照公式(1)分别计算24条二维轮廓曲线的分形维数D。3)将计算得到的二维轮廓曲线的分形维数D值代入公式(2)中，计算所选二维轮廓曲线对应的粗糙度系数特征值JRC1，…，JRC24；然后统计出结构面沿着试验方向的粗糙度系数平均值，即为结构面的粗糙度系数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种最优采样间距条件下的结构面粗糙度系数统计方法，其特征在于：所述统计方法包括以下步骤：1)根据选定的试验方向，按照一定的间隔，沿着试验方向绘制出n条相互平行的二维轮廓剖面线，利用大型扫描仪将绘制轮廓曲线的图纸进行扫描，并转换为TIF格式；根据码尺法编写matlab程序，选取其中第i条二维剖面线，其中i小于等于n，设置采样间距为r，C是待定常数，按照如下公式计算出对应的分形维数D；logN(r)＝‑Dlogr+C  (1)2)将计算得到的二维剖面曲线的分形维数D值代入公式(2)中，计算第i条二维剖面线对应的粗糙度系数特征值JRCi；JRC＝1126.95D‑1127.50  (2)3)然后对其它n‑1条曲线，同样按照步骤2)和步骤3)，计算得到相应的粗糙度系数特征值JRCi，最后统计出结构面沿着试验方向，采样间距为Δx时的粗糙度系数平均值

【技术特征摘要】
1.一种最优采样间距条件下的结构面粗糙度系数统计方法，其特征在于：所述统计方法包括以下步骤：1)根据选定的试验方向，按照一定的间隔，沿着试验方向绘制出n条相互平行的二维轮廓剖面线，利用大型扫描仪将绘制轮廓曲线的图纸进行扫描，并转换为TIF格式；根据码尺法编写matlab程序，选取其中第i条二维剖面线，其中i小于等于n，设置采样间距为r，C是待定常数，按照如下公式计算出对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：马成荣，黄曼，杜时贵，夏才初，罗战友，马文会，徐常森，许强，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33