本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)大軟弱結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)的確定方法。

背景技術(shù)：

對(duì)于跡長(zhǎng)超過(guò)100m，起伏高度超過(guò)10cm的結(jié)構(gòu)面，其強(qiáng)度參數(shù)往往與結(jié)構(gòu)面起伏程度關(guān)系密切，但對(duì)于確定結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)的常規(guī)剪切試驗(yàn)，由于試驗(yàn)尺寸一般為0.5m×0.5m，試驗(yàn)成果無(wú)法反映結(jié)構(gòu)面起伏特征對(duì)強(qiáng)度參數(shù)的貢獻(xiàn)。

目前確定結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)主要依賴兩種方法：(1)現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)；(2)經(jīng)驗(yàn)方法，這兩種方法適用于III級(jí)或IV級(jí)結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度估計(jì)，對(duì)于結(jié)構(gòu)面充填物較厚、結(jié)構(gòu)面起伏程度較大的II級(jí)結(jié)構(gòu)面，上述兩種方法由于無(wú)法有效地考慮結(jié)構(gòu)面的起伏特征，因此傾向于低估軟弱結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種長(zhǎng)大軟弱結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)的確定方法，以有效地考慮結(jié)構(gòu)面起伏對(duì)強(qiáng)度參數(shù)的貢獻(xiàn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種長(zhǎng)大軟弱結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)的確定方法，其特征在于步驟如下：

a、針對(duì)露出地表的長(zhǎng)大軟弱結(jié)構(gòu)，采用手工測(cè)量方法獲得結(jié)構(gòu)面露頭的起伏特征；

b、開(kāi)挖一定區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)大軟弱結(jié)構(gòu)一側(cè)的圍巖；

c、采用三維數(shù)碼照相技術(shù)采集開(kāi)挖區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)面的空間起伏特征，生成空間曲面；

d、對(duì)比手工測(cè)量和三維數(shù)碼照相技術(shù)采集的結(jié)構(gòu)面粗糙度，若粗糙度差值小于2，則采用所生成的空間曲面作為后續(xù)分析的基礎(chǔ)；若粗糙度差值超過(guò)2，則需要重新選定三維數(shù)碼照相的區(qū)域，并再次進(jìn)行測(cè)量，直至二者粗糙度差值小于2；

e、針對(duì)長(zhǎng)大軟弱結(jié)構(gòu)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)，獲得結(jié)構(gòu)面的粘聚力和摩擦角；

f、采用顆粒流方法根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)面形態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)成果，模擬剪切試驗(yàn)，通過(guò)吻合現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)獲得的結(jié)構(gòu)面的粘聚力和摩擦角，反演出柔弱充填物的顆粒流參數(shù)；

g、對(duì)所生成的空間曲面在水平方向上進(jìn)行垂直切面，生成二維切面；

h、根據(jù)二維切面生成多種尺寸的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并采用反演的柔弱充填物的顆粒流參數(shù)，開(kāi)展不同尺寸試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄?shù)值剪切試驗(yàn)，獲得不同尺寸試驗(yàn)的剪切位移-剪應(yīng)力曲線，并獲得各試驗(yàn)尺寸條件下的粘聚力和摩擦角；

i、將步驟h中不同尺寸條件下獲得的粘聚力和摩擦角成果繪制成圖表，其中橫坐標(biāo)采用試驗(yàn)尺寸，縱坐標(biāo)采用黏聚力和摩擦角，采用負(fù)指數(shù)擬合獲得試驗(yàn)尺寸為無(wú)窮大時(shí)的黏聚力和摩擦角，作為長(zhǎng)大軟弱結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度參數(shù)。

步驟e中現(xiàn)場(chǎng)選擇多個(gè)典型部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)；

若多個(gè)典型部位之間的粘聚力和摩擦角差異小于等于典型部位的粘聚力和摩擦角平均值的15％，則取該平均值為顆粒流反演的依據(jù)。

步驟b中開(kāi)挖區(qū)域大于15m×15m；步驟c生成的空間曲面面積大于12m×12m。

步驟e中現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)的試驗(yàn)圍壓為0MPa～3MPa；步驟h中數(shù)值剪切試驗(yàn)的圍壓為0MPa～3MPa。

步驟e中現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)的試驗(yàn)尺寸為0.5m×0.5m。

步驟h中試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷某叽绨?.5m，1m，2m，3m，4m，5m，6m，7m，8m直至12m。

步驟b采用精細(xì)爆破的方式開(kāi)挖。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)反演顆粒流參數(shù)，并通過(guò)三維數(shù)碼照相技術(shù)采集結(jié)構(gòu)面的空間起伏特征，建立不同尺寸模型，獲得考慮尺寸效應(yīng)的結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)，有效考慮結(jié)構(gòu)面起伏對(duì)強(qiáng)度參數(shù)的貢獻(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為長(zhǎng)大軟弱結(jié)構(gòu)面示意圖。

圖2為開(kāi)挖圍巖示意圖。

圖3為剪切試驗(yàn)示意圖。

圖4為試驗(yàn)尺寸與摩擦角關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例為一種長(zhǎng)大軟弱結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度參數(shù)的確定方法，具體步驟如下：

a、針對(duì)所需研究長(zhǎng)大軟弱結(jié)構(gòu)面，在野外選取不少于10m長(zhǎng)的露出地表的結(jié)構(gòu)面1(圖1)，采用手工測(cè)量方法獲得結(jié)構(gòu)面1的起伏特征和充填厚度，要求測(cè)量精度不小于1cm。

b、如圖2所示，在露出地表的結(jié)構(gòu)面1內(nèi)選擇合適的位置，開(kāi)挖結(jié)構(gòu)面1一側(cè)的圍巖2，并確保結(jié)構(gòu)面1的起伏形態(tài)不受破壞，要求開(kāi)挖區(qū)域不小于15m×15m(L1>15)，要求爆破過(guò)程不能影響結(jié)軟弱結(jié)構(gòu)的空間起伏形態(tài)，爆破后，用高壓水沖洗結(jié)構(gòu)面1軟弱充填物。

c、采用三維數(shù)碼照相技術(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)面1的空間起伏特征進(jìn)行采集，生成不小于12m×12m的空間曲面。

d、對(duì)比手工測(cè)量和三維數(shù)碼照相技術(shù)采集生成的結(jié)構(gòu)面1粗糙度；若粗糙度差值小于2，則說(shuō)明三維數(shù)碼采集的成果具有良好的可信度，采用所生成的空間曲面作為后續(xù)分析的基礎(chǔ)；

e、針對(duì)長(zhǎng)大軟弱結(jié)構(gòu)面，現(xiàn)場(chǎng)選擇3個(gè)典型部位，針對(duì)每個(gè)典型部位開(kāi)展5組現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)(見(jiàn)圖3)，試驗(yàn)尺寸0.5m×0.5m(圖3中L2＝0.5m)；試驗(yàn)圍壓范圍0MPa～3MPa，并獲得3個(gè)典型部位的結(jié)構(gòu)面的剪切強(qiáng)度(黏聚力和摩擦角)。試驗(yàn)后，對(duì)試驗(yàn)位置結(jié)構(gòu)面的起伏特征進(jìn)行精細(xì)的素描，獲得其空間起伏特征，并要求誤差不小于1cm。若3個(gè)典型部位的剪切強(qiáng)度差異不超過(guò)3個(gè)典型部位的剪切強(qiáng)度的平均值的15％，則取該平均值作為后續(xù)顆粒流方法反演的依據(jù)。

f、采用顆粒流方法模擬0.5m×0.5m的現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)，要求數(shù)值試驗(yàn)的空間起伏特征與現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)相一致，并且在0MPa～3MPa的圍壓條件下，通過(guò)吻合3個(gè)典型部位的平均剪切強(qiáng)度，反演出軟弱充填物的顆粒流參數(shù)。

g、對(duì)所生成的空間曲面在水平方向上進(jìn)行垂直切面，生成二維切面；

h、根據(jù)所生成的二維切面，生成不同尺寸的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，試?yàn)尺寸包括0.5m，1m，2m，3m，4m，5m，6m，7m，8m直至12m，采用反演的軟弱充填物的顆粒流參數(shù)，開(kāi)展不同尺寸結(jié)構(gòu)面1的數(shù)值剪切試驗(yàn)，每個(gè)尺寸開(kāi)展5組試驗(yàn)，數(shù)值剪切試驗(yàn)的圍壓0MPa～3MPa，獲得不同尺寸試驗(yàn)的剪切位移-剪應(yīng)力曲線，并獲得各試驗(yàn)尺寸條件下結(jié)構(gòu)面1的黏聚力和摩擦角。

i、將步驟h中不同尺寸條件下獲得的粘聚力和摩擦角成果繪制成圖表，其中橫坐標(biāo)采用試驗(yàn)尺寸，縱坐標(biāo)采用黏聚力和摩擦角(如圖4)，采用負(fù)指數(shù)擬合獲得試驗(yàn)尺寸為無(wú)窮大時(shí)的黏聚力和摩擦角，作為長(zhǎng)大軟弱結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度參數(shù)。