【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地质勘察，特别是一种岩体结构面粗糙度系数计算方法。
技术介绍
1、岩体由岩块和结构面共同组成，具有明显的结构特征。结构面，如层面、节理、断层、裂隙及不整合接触面等受地球内外地质营力的共同作用，其力学性质远远低于岩块的力学性质，对工程岩体的变形、强度以及稳定性起到控制作用。结构面的剪切强度是结构面的重要力学性质之一，其受结构面的岩性、应力状态、结构面的粗糙度等众多影响因素的影响，其中粗糙度对于硬质无充填结构面的峰值剪切强度具有明显的控制作用。因此，定量评价结构面的粗糙度，进而有效评价结构面的峰值剪切强度，最终运用于滑坡、崩塌、危岩落石的工程岩体稳定性分析和评价中具有重要的理论意义和应用价值。
2、barton于1973年通过试验推导给出了结构面的峰值剪切强度经验公式，并首次提出了节理粗糙度系数jrc的概念，用于反映结构面的粗糙度对于其峰值剪切强度的影响；该经验公式如下：
3、
4、式中：τ为结构面峰值剪切强度；σn为法向应力；jcs为结构面的岩壁强度；φb为结构面的基本摩擦角。
5、为了便于上述公式在工程实践中应用，barton和choubey在对136个结构面进行直剪试验的基础上，给出了jrc值在0-20之间的10条标准剖面线，用于视觉对比确定目标结构面的jrc值。该方法于1978年被国际岩石力学学会采纳作为估算jrc值的标准方法。
6、因此目前要对岩体的粗糙度系数进行评价，就需要获取岩体结构面的形态特征；目前按照测量设备所能够采集的数据维度，可将形态特征
7、由于结构面的二维形貌数据在结构面的粗糙度评价及力学性质评价中已经得到了广泛应用实践，并且取得了比较满意的评价结果，因此目前应用最广泛的结构面数据采集方法是二维形态数据采集；
8、然而基于二维形貌数据所获取的结构面形态特征具有片面性。考虑到结构面的形态特征具有明显的各向异性，采用二维剖面线分析得到的形态特征，部分未被所提取的剖面线所切割的形貌起伏特征将被忽略，进而会导致结构面的粗糙度评价甚至力学性质评价出现偏差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：解决现有的岩体结构面粗糙度计算方法基于二维形貌数据进行，其计算结果忽略了未被剖面线所切割的部分，导致计算结果存在较大偏差的问题，提供了一种岩体结构面粗糙度系数计算方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，包含如下步骤：
4、s1、获取待测对象结构面的三维坐标数据；待测对象结构面上包含n个特征点ti，i为特征点标号，0＜i≤n；
5、s2、每p个ti拟合一个平面方程stj，拟合m个stj，j为平面方程标号，0＜j≤m；计算待测对象结构面上所有ti至各stj的距离之和lj，以值最小的lj对应的stj作为最优拟合平面方程stk；
6、s3、计算ti至stk的垂直距离，获得各ti的起伏高度dki；计算各stj的法向向量与stk的法向向量之间的夹角，获得各stj的起伏角度αkj；
7、s4、根据dki和αkj确定待测对象的jrc等级；确定待测对象的jrc值。
8、步骤s1中可以采用各种方式获取待测对象结构面的三维坐标数据，例如采用三维激光扫描、三维结构光测量、摄影测量法、无人机摄影测量等非接触式采集方式，只要能获取待测对象结构面上各特征点的三维坐标即可；
9、步骤s4中根据所采用的具体jrc判断表格的不同，可以直接通过dki和αkj对jrc的等级进行确定，也可以先对dki和αkj进行对应计算获得判断依据，再通过判断依据进行jrc等级的确定；例如，若使用了以起伏高度百分比和起伏角度为依据的jrc判断表格，则确定jrc等级之前需要先对dki进行计算，从而获得起伏高度百分比，再通过起伏高度百分比和起伏角度确定jrc的等级；
10、jrc的具体值的判断根据所采用的具体jrc判断表格而定，例如采用经验判断或图形比对的方式确定jrc的具体值。
11、作为本专利技术的优选方案，步骤s4包含如下步骤：
12、s41、将dki从小到大排序，选取第[n*0.85]个dki作为起伏高度的判断值d85；将αkj从小到大排序，选取第[(m-1)*0.85]个αkj作为起伏角度的判断值α85；
13、s42、根据d85和α85确定待测对象的jrc等级；确定待测对象的jrc值。
14、选取第[n*0.85]个dki，例如当n＝100，则选取第85个dki，即dk85作为起伏高度的判断值d85；当n＝101，则选取第85或第86个dki，即dk85或dk86作为起伏高度的判断值d85；
15、选取第[(m-1)*0.85]个αkj，例如当m＝101，则选取第85个αkj，即αk85作为起伏高度的判断值α85；当m＝102，则选取第85或第86个αkj，即αk85或αk86作为起伏高度的判断值α85；
16、由于在剪切位移较小、法向应力水平较低时，结构面的剪切行为主要受高频成分所控制，考虑到滑坡、崩塌、危岩落石等表生地质灾害发生剪切位移较小、法向应力水平较低，故在开展表生地质灾害岩体结构面粗糙度系数评价时，应主要考虑高频成分特征；
17、因此本方案选择对dki和αkj进行排序，并分别选取第[n*0.85]个值和第[(m-1)*0.85]个值作为判断依据，从而避免结构面粗糙度系数各向异性。
18、作为本专利技术的优选方案，步骤s42中确定待测对象的jrc等级还包含如下步骤：
19、s42a、计算起伏高度百分比k，k的计算公式如下：
20、
21、式中，a为待测对象结构面的面积，单位为m2；
22、s42b、根据k和α85确定待测对象的jrc等级。
23、作为本专利技术的优选方案，步骤s42中确定待测对象的jrc值包含如下步骤：
24、s42c、计算stk法向向量的岩层产状方向βk；计算各stj的最大起伏坡度方向βj；计算各βj分别与βk的夹角θj；
25、s42d、将θj从大到小进行排序；选取前e个θj进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，步骤S4包含如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，步骤S42中确定待测对象的JRC等级还包含如下步骤：
4.根据权利要求2所述的一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，步骤S42中确定待测对象的JRC值包含如下步骤：
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，步骤S3中dki的计算公式如下：
6.根据权利要求1至4中任何一项所述的一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，步骤S3中αkj的计算公式如下：
7.根据权利要求1至4中任何一项所述的一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，n满足下列公式：
8.根据权利要求1至4中任何一项所述的一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，相邻两个Ti之间的距离小于或等于二十厘米。
9.根据权利要求1至4中任何
10.根据权利要求1至4中任何一项所述的一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，步骤S2中沿Z字形选取用于拟合Stj的Ti。
...【技术特征摘要】
1.一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，包含如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，步骤s4包含如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，步骤s42中确定待测对象的jrc等级还包含如下步骤：
4.根据权利要求2所述的一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，步骤s42中确定待测对象的jrc值包含如下步骤：
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的一种岩体结构面粗糙度系数计算方法，其特征在于，步骤s3中dki的计算公式如下：
6.根据权利要求1至4中任何一项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李嘉雨，谢毅，王哲威，欧阳吉，邓睿，刘毅，王栋，宋章，张可，郭晨，刘美琳，刘小莎，程武洲，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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