基于多重分形特征的岩体结构面剪切强度研究

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1、第36卷第3期岩土力学Vol.36No.32015年3月RockandSoilMechanicsMar.2015DOI：10.16285/j.rsm.2015.03.014基于多重分形特征的岩体结构面剪切强度研究1,2111陈世江，朱万成，于庆磊，王青元(1.东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室，辽宁沈阳110819；2.内蒙古科技大学矿业研究院，内蒙古包头014010)摘要：Barton剪切强度模型是目前工程实践中普遍采用的强度公式，而实践应用时，该模型中结构面粗糙性系数（JRC）的评估存在主观性和片面性的缺点。鉴于此，应用多重分形理论

2、，提出了采用多重分形参数准确量化JRC的方法。首先应用数字图像处理技术获取了结构面三维形貌数据信息；然后采用投影覆盖法进行了结构面的分形维数计算，重点对结构面的多重分形特征进行了分析，通过对比分析了构造的15个结构面的多重分形特征值。结果表明：结构面越粗糙，多重分形特征参数Dq()和aq()值越大，Dq()或aq()能够很好地描述结构面的形貌特征。最后对9组石膏试件进行了剪切试验，通过不同正应力下对应的剪应力数据分析，结合结构面形貌多重分形参数Dq()或aq()，以Barton剪切强度公式为基础，应用最小二乘法原理，给出了JRC与D

3、q()及JRC与aq()关系。这样在工程实际中，可以用参数Dq()或aq()对JRC进行估算，克服了JRC人为估值主观性及采用二维标准轮廓线评估片面性的缺点，为准确评估结构面粗糙度提供了一条新的途径。在此基础上，应用Barton模型可准确估算岩体结构面的剪切强度。关键词：结构面；剪切强度；多重分形；数字图像处理技术中图分类号：TU452文献标识码：A文章编号：1000－7598(2015)03－703－09Shearstrengthresearchonrockjointsurfacesbasedonmultifractaltheory1,2

4、111CHENShi-jiang，ZHUWan-cheng,YUQing-lei，WANGQing-yuan(1.KeyLaboratoryofMinistryofEducationonSafeMiningofDeepMetalMines,NortheasternUniversity,Shenyang,Liaoning110819,China;2.InstituteofMiningEngineering,InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology,Baotou,InnerMongolia014010

5、,China)Abstract:TheBarton’sshearstrengthcriterioniswidelyusedinengineeringpractice.However,theestimationofjointsurfaceroughnesscoefficient(JRC)issubjectiveandone-sidedinthismethod.Therefore,amethodisproposedtoestimateJRCwithmultifractalparametersbasedonmultifractaltheory.Firs

6、tly,3Ddataofjointsurfaceareobtainedwithdigitalimageprocessing(DIP)technique.Secondly,thefractaldimensionofsurfaceiscalculatedwiththeprojectivecoveringmethod(PCM).Particularlythemultifractalparametersoffifteenjointsurfacesarecomputed.Theresultsshowthattherougherthesurface,thel

7、argertheparametersofDq()andaq().BothmultifractalparametersDq()andaq()canwelldescribethemorphologyofjointsurface.Atlast,ninegroupsofgypsumspecimensareusedfordirectsheartestsunderdifferentnormalstresses.TherelationshipbetweenthemultifractalparametersandtheJRCisexaminedwitht

8、heprincipleofleastsquaremethodaccordingtotheexperimentaldataofshears