結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)取樣代表性評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)取樣代表性評(píng)價(jià)方法，具體為基于結(jié) 構(gòu)面粗糙度系數(shù)定向概率統(tǒng)計(jì)分析的試樣粗糙度系數(shù)定量評(píng)價(jià)方法，可用來(lái)客觀評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu) 面尺寸效應(yīng)試樣的代表性。
【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)隨取樣尺寸的增大而變化是眾所周知的現(xiàn)象，尺寸效應(yīng)已成為研 宄結(jié)構(gòu)面力學(xué)行為不可忽略的一個(gè)部分，系統(tǒng)總結(jié)和分析結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)規(guī) 律，是解決大、中、小等多種尺度巖體力學(xué)參數(shù)相互關(guān)聯(lián)及大尺度工程應(yīng)用的核心，具有重 要的工程實(shí)用價(jià)值。然而，巖體結(jié)構(gòu)面的形成與發(fā)展經(jīng)歷了地質(zhì)歷史時(shí)期各種內(nèi)外動(dòng)力地 質(zhì)作用的改造和影響，致使結(jié)構(gòu)面發(fā)育特征差異大，其力學(xué)性質(zhì)具有各質(zhì)異性、各向異性與 非均一性。因此，結(jié)構(gòu)面隨取樣位置不同，其力學(xué)性質(zhì)存在明顯的差異性。
[0003] 過(guò)去近50年來(lái)，學(xué)者們陸續(xù)開(kāi)展了大量有關(guān)結(jié)構(gòu)面力學(xué)行為的尺寸效應(yīng)研宄工 作，并嘗試借助試驗(yàn)手段揭示巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度尺寸效應(yīng)的一般規(guī)律。然而，一些試驗(yàn) 結(jié)果揭示了隨著結(jié)構(gòu)面試樣尺寸的增大，結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度和粗糙度降低的規(guī)律，稱之為 Negative Scale Effect ;也有一些試驗(yàn)結(jié)果卻得到了與之矛盾的結(jié)論，分別為Positive Scale Effect以及No Scale Effect。因此，結(jié)構(gòu)面力學(xué)行為的尺寸效應(yīng)機(jī)制尚不明確，難 以準(zhǔn)確獲取結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度尺寸效應(yīng)一般規(guī)律。試樣選取的隨意性是造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散、 試驗(yàn)結(jié)果受人為因素影響大、尺寸效應(yīng)規(guī)律至今尚不明確的重要根源。
[0004] 大量研宄表明，結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)是影響結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵因素。壁巖強(qiáng)度 相同時(shí)，結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度將由粗糙度系數(shù)決定?；诮Y(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)與抗剪強(qiáng)度具很好 的一致性，2006年，公開(kāi)號(hào)為CN 1815183A的中國(guó)專利申請(qǐng)《巖體結(jié)構(gòu)面試樣的代表性評(píng)價(jià) 方法》中，提出了根據(jù)結(jié)構(gòu)面試樣和原位巖體結(jié)構(gòu)面的粗糙度定向統(tǒng)計(jì)測(cè)量結(jié)果，判斷結(jié)構(gòu) 面試樣代表性優(yōu)劣的具體方法。雖然，該方法從概率統(tǒng)計(jì)的角度對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面試樣的定量 評(píng)價(jià)做了探索與分析，但是該方法統(tǒng)計(jì)樣本是人為經(jīng)驗(yàn)確定且統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)較少，沒(méi)有提出 確定結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)特征值的具體方法，沒(méi)有建立考慮尺寸效應(yīng)的粗糙度系數(shù)概率統(tǒng)計(jì) 模型，不能直接用于估計(jì)系列尺寸下結(jié)構(gòu)面試樣的代表性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服已有巖體結(jié)構(gòu)面試樣的代表性評(píng)價(jià)方法的無(wú)法實(shí)現(xiàn)定量評(píng)價(jià)、可靠性不 足的缺陷，本發(fā)明提供了一種解決結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)試樣代表性的定量評(píng)價(jià)問(wèn)題 的結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)取樣代表性評(píng)價(jià)方法。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)取樣代表性評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：
[0008] (1)野外工程地質(zhì)調(diào)查，選定典型巖體結(jié)構(gòu)面作為粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)的研宄對(duì) 象并采用輪廓曲線儀定向測(cè)量尺寸效應(yīng)最大研宄尺寸的結(jié)構(gòu)面輪廓線；
[0009] (2)采用掃描儀將記錄結(jié)構(gòu)面輪廓線的圖紙進(jìn)行掃描，并轉(zhuǎn)換成圖片格式文本；
[0010] (3)采用形態(tài)學(xué)濾波去噪、圖像歸一化方法，通過(guò)Matlab軟件對(duì)結(jié)構(gòu)面輪廓線掃 描圖件按灰度值進(jìn)行提取，根據(jù)結(jié)構(gòu)面實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度與圖形數(shù)字化矩陣的大小關(guān)系，自動(dòng) 化讀取并存儲(chǔ)全斷面、等間距、高精度的結(jié)構(gòu)面復(fù)雜表面數(shù)據(jù)；
[0011] (4)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大尺度巖體結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)要素測(cè)量結(jié)果，在整個(gè)尺寸效應(yīng)研宄范 圍內(nèi)，提取系列尺寸結(jié)構(gòu)面試樣的表面坐標(biāo)信息，系列尺寸試樣的樣本數(shù)必須保持一致且 滿足大樣本統(tǒng)計(jì)條件；
[0012] (5)計(jì)算系列試樣的粗糙度系數(shù)，記錄并分類存儲(chǔ)系列尺度結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)；
[0013] (6)分別繪制系列尺寸結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)統(tǒng)計(jì)直方圖，總體判斷結(jié)構(gòu)面粗糙度系 數(shù)隨試樣尺寸變化的概率分布規(guī)律；
[0014] (7)基于唯像學(xué)和顯著性檢驗(yàn)，分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)尺寸樣本數(shù)據(jù)的總體分布進(jìn)行概率密 度函數(shù)擬合；
[0015] (8)確定系列尺寸概率密度函數(shù)的系數(shù)與試樣尺寸1的函數(shù)關(guān)系，構(gòu)建結(jié)構(gòu)面粗 糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)概率密度函數(shù)模型；
[0016] (9)依據(jù)極大似然估計(jì)原理，計(jì)算系列尺度結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)概率密度函數(shù)最大 值，并將其作為結(jié)構(gòu)面試樣代表性評(píng)價(jià)指標(biāo)；
[0017] (10)通過(guò)每個(gè)結(jié)構(gòu)面試樣的粗糙度系數(shù)與代表性評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)偏差分析，即可 確定每個(gè)試樣的粗糙度系數(shù)表征值。
[0018] 進(jìn)一步，所述步驟（5)中，采用修正直邊法或Barton直邊法簡(jiǎn)明公式計(jì)算系列試 樣的粗糙度系數(shù)。當(dāng)然，也可以其他方法。
[0019] 再進(jìn)一步，所述步驟（7)中，所述概率密度函數(shù)包括Bernoulli分布、Poisson分 布、極值分布、中心極限分布、β分布所對(duì)應(yīng)的概率密度函數(shù)。當(dāng)然，也可以采用其他函數(shù)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：解決結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)試樣代表性的定 量評(píng)價(jià)問(wèn)題、可靠性良好，為客觀研宄尺寸效應(yīng)規(guī)律提供有效手段。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律，以試樣尺寸IOcm為例。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0023] 參照?qǐng)D1，一種結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)取樣代表性評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：
[0024] (1)野外工程地質(zhì)調(diào)查，選定典型巖體結(jié)構(gòu)面作為粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)的研宄對(duì) 象并采用輪廓曲線儀定向測(cè)量尺寸效應(yīng)最大研宄尺寸的結(jié)構(gòu)面輪廓線；
[0025] (2)采用大型掃描儀將記錄結(jié)構(gòu)面輪廓線的圖紙進(jìn)行掃描，并轉(zhuǎn)換成圖片格式文 本；
[0026] (3)采用形態(tài)學(xué)濾波去噪、圖像歸一化方法，通過(guò)Matlab軟件對(duì)結(jié)構(gòu)面輪廓線掃 描圖件按灰度值進(jìn)行提取，根據(jù)結(jié)構(gòu)面實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度與圖形數(shù)字化矩陣的大小關(guān)系，自動(dòng) 化讀取并存儲(chǔ)全斷面、等間距、高精度的結(jié)構(gòu)面復(fù)雜表面數(shù)據(jù)；
[0027] (4)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大尺度巖體結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)要素測(cè)量結(jié)果，在整個(gè)尺寸效應(yīng)研宄范 圍內(nèi)，智能化提取系列尺寸結(jié)構(gòu)面試樣的表面坐標(biāo)信息。為了保證系列尺寸結(jié)構(gòu)面粗糙度 系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)相同，系列尺寸試樣的樣本數(shù)必須保持一致且滿足大樣本統(tǒng)計(jì)條件；
[0028] (5)采用修正直邊法或Barton直邊法簡(jiǎn)明公式計(jì)算系列試樣的粗糙度系數(shù)，記錄 并分類存儲(chǔ)系列尺度結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)。
[0029] (6)分別繪制系列尺寸結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)統(tǒng)計(jì)直方圖，總體判斷結(jié)構(gòu)面粗糙度系 數(shù)隨試樣尺寸變化的概率分布規(guī)