結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)試樣表征單元確定方法
【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)試樣表征單元確定方法，具體為基于 結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)定向概率統(tǒng)計(jì)分析的粗糙度系數(shù)全域搜索取樣方法，為研宄結(jié)構(gòu)面粗糙 度系數(shù)尺寸效應(yīng)客觀規(guī)律提供系列尺寸試樣的選取方法。
【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 大的工程實(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。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。目前國內(nèi)外沒有理想的結(jié)構(gòu)面尺寸效應(yīng)試樣選取方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服已有技術(shù)無法有效解決結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)研宄試樣選取的唯 一性、保證試驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性問題的不足，本發(fā)明提供了一種有效解決結(jié)構(gòu)面粗糙度系 數(shù)尺寸效應(yīng)研宄試樣選取的唯一性、保證試驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性問題、可靠性良好的結(jié)構(gòu)面 粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)試樣表征單元確定方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)試樣表征單元確定方法，包括以下步驟：
[0006] (1)選定出露良好的典型巖體結(jié)構(gòu)面作為粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)的研宄對象，判斷 巖體結(jié)構(gòu)面潛在滑動(dòng)方向，采用輪廓曲線儀定向測量尺寸效應(yīng)最大研宄尺寸的結(jié)構(gòu)面輪廓 線；
[0007] (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；
[0008] (3)采用形態(tài)學(xué)濾波去噪、圖像歸一化方法，通過Matlab軟件對結(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)際測量長度與圖形數(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)；
[0009] (4)依據(jù)現(xiàn)場大尺度巖體結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)要素測量結(jié)果，在整個(gè)尺寸效應(yīng)研宄范 圍內(nèi)，根據(jù)試樣尺寸與樣本數(shù)計(jì)算相鄰結(jié)構(gòu)面粗糙度試樣的重疊長度，迭代提取系列尺寸 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；
[0010] (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)，記 錄每個(gè)結(jié)構(gòu)面試樣粗糙度系數(shù)大小以及試樣對應(yīng)的起止坐標(biāo)；
[0011] (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；
[0012] (7)基于唯像學(xué)和顯著性檢驗(yàn)，分別對各尺寸樣本數(shù)據(jù)的總體分布進(jìn)行Weibull 分布概率密度函數(shù)擬合，進(jìn)而構(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；
[0013] (8)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)面試樣代表性評價(jià)指標(biāo)；
[0014] (9)通過每個(gè)結(jié)構(gòu)面試樣的粗糙度系數(shù)與代表性評價(jià)指標(biāo)的相對偏差分析，即確 定每個(gè)試樣的粗糙度系數(shù)表征值；
[0015] (10)通過搜索各尺寸條件下試樣粗糙度系數(shù)表征值的最小值，即確定結(jié)構(gòu)面粗糙 度系數(shù)表征單元。
[0016] 進(jìn)一步，所述確定方法還包括以下步驟：（11)根據(jù)得到的結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)表征 單元，在原巖結(jié)構(gòu)面上確定出系列尺寸結(jié)構(gòu)面粗糙度試樣的取樣位置。
[0017] 再進(jìn)一步，所述步驟（6)中，采用修正直邊法或Barton直邊法簡明公式計(jì)算系列 試樣的粗糙度系數(shù)。當(dāng)然，也可以采用其他方法。
[0018] 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：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，本發(fā)明以結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)取樣代表性研宄為 切入點(diǎn)，基于尺寸效應(yīng)研宄范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)的全域搜索，提出了結(jié)構(gòu)面試樣表征 單元的選取技術(shù)，為獲得結(jié)構(gòu)面尺寸效應(yīng)一般規(guī)律提供有效手段。
[0019] 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：有效解決結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)研宄試樣選 取的唯一性、保證試驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性問題、可靠性良好。
【附圖說明】
[0020] 圖1為系列尺寸結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)表征單元取樣位置。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0022] 參照圖1，一種結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)試樣表征單元確定方法，包括以下步 驟：
[0023] (1)選定出露良好的典型巖體結(jié)構(gòu)面作為粗糙度系數(shù)尺寸效應(yīng)的研宄對象，判斷 巖體結(jié)構(gòu)面潛在滑動(dòng)方向，采用輪廓曲線儀定向測量尺寸效應(yīng)最大研宄尺寸的結(jié)構(gòu)面輪廓 線。
[0024] (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；
[0025] (3)采用形態(tài)學(xué)濾波去噪、圖像歸一化方法，通過Matlab軟件對結(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)際測量長度與圖形數(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)。
[0026] (4)依據(jù)現(xiàn)場大尺度巖體結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)要素測量結(jié)果，在整個(gè)尺寸效應(yīng)研宄范 圍內(nèi)，根據(jù)試樣尺寸與樣本數(shù)計(jì)算相鄰結(jié)構(gòu)面粗糙度試樣的重疊長度，迭代提取系列尺寸 結(jié)構(gòu)面試樣的表面坐標(biāo)信息，需要指出的是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。
[0027] (5)采用修正直邊法或Barton直邊法簡明公式計(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)，記錄每個(gè)結(jié)構(gòu)面試樣粗糙度系數(shù)大小以及試樣對 應(yīng)的起止坐標(biāo)。
[0028] (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。
[0029] (7)基于唯像學(xué)和顯著性檢驗(yàn)，分別對各尺寸樣本數(shù)據(jù)的總體分布進(jìn)行Weibull 分布概率密度函數(shù)擬合，進(jìn)而可構(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。
[0030] (8)依據(jù)極大似然估計(jì)