岩体节理表在几何特性描述

岩体节理表面几何特征对岩体变形,刚度,剪切强度和水渗导性有重要影响,一般用节理粗糙度系数,节理吻合系来描述,本文用节理表面分维来描述节理表面形态的复杂性,为节理表面几何特描述提供了一个新的方法。     

节理粗糙度研究的新进展

当前采用的节理模型，如果不凭借经验，是不可能准确预测节理的剪切行为的，这已成为争论的热点。这是因为这些模型不能定量地评价节理粗糙度或尺度的重要性。介绍一种新的方法，它用分形几何来调查节理的粗糙度。这种方法已超出了简单地描述粗糙度的“症状”，而是去寻找“原因”。     

甘肃北山花岗岩节理表面形态特性研究

花岗岩是中国高放废物处置的候选围岩,大量存在的节理面是核素迁移的主要通道,同时节理面对岩体的力学、水力性质起着支配作用。而节理面的表面形态与这些性质密切相关,因此需要对候选花岗岩体节理面展开多样本、大尺寸的现场表面形态研究。以中国高放废物深地质处置甘肃北山预选区某采石场中的天然节理面为研究对象,运用基于几何理论的测量方法,获得了大量不同尺度、不同方位的现场节理面的表面形态特征曲线。采用Barton直边法和统计参数法处理这些特征曲线,系统分析了特征曲线的尺度效应、各向异性特征以及与不同节理类型的关系。为进一步分析裂隙岩体的力学、水力特性建立了基础。     

于肃北山花岗岩节理表面形态特性研究

花岗岩是中国高放废物处置的候选围岩,大量存在的节理面是核素迁移的主要通道,同时节理面对岩体的力学、水力性质起着支配作用。而节理面的表面形态与这些性质密切相关,因此需要对候选花岗岩体节理面展开多样本、大尺寸的现场表面形态研究。以中国高放废物深地质处置甘肃北山预选区某采石场中的天然节理面为研究对象,运用基于几何理论的测量方法,获得了大量不同尺度、不同方位的现场节理面的表面形态特征曲线。采用Barton直边法和统计参数法处理这些特征曲线,系统分析了特征曲线的尺度效应、各向异性特征以及与不同节理类型的关系。为进一步分析裂隙岩体的力学、水力特性建立了基础。     

节理岩体的分维特征及其工程地质意义

本文用分形理论,对节理网络分布和粗糙度曲线进行分形分析。结果表明,节理的空间分布和粗糙度曲线具自相似性;分维是一个表征岩体强度、岩体损伤程度、岩体质量及节理粗糙程度的几何参数,并可用于评价岩体稳定性、断裂体系活动性及划分风化卸荷带等。     

节理岩体分形描述

研究了岩体节理产状、迹长、间距和节理数目对岩体节理网络分维的影响和节理几何参数的分维特征。结果表明,随节理发育方向、迹长、间距和节理数目的变化,岩体节理网络分维发生变化,节理间距和迹长的空间分布具有较好的分维特性,岩体节理网络分维可以作为岩体节理几何特征的定量描述指标。     

节理粗糙度曲线的分维特征

基于野外实测节理粗糙度曲线，建立了分维数Ｄｆ与节理粗糙度系数间的关系式。此外，文章对Ｂａｒｔｏｎ标准粗糙度谱线用分维值进行了分类，并探讨了粗糙度的本质含义。     

岩石节理表面几何特性的三维统计分析

在利用三维非接触式高精度激光表面形状测定仪精确测量岩石节理的表面粗糙形状并进行数值化表达的基础上,应用地理信息系统(GIS)技术,实现了岩石节理粗糙面的三维可视化。再对岩石节理粗糙面的三维几何特性参数（诸如表面粗糙度、裂隙张开度和粗糙高度等）进行统计分析并计算频数分布的特征数字。最后,根据频率直方图的分布趋势和频数分布的特征数字研究各几何特性参数的分布规律。结果表明,花岗岩节理粗糙表面起伏比砂岩大,但二者几何特性参数的分布规律相似,节理粗糙高度和裂隙张开度分布近似于正态分布规律,而节理粗糙面倾斜角分布近似于Γ分布规律。     

节理岩体损伤及分形耦合分析

计算了锦屏水电站解放沟坝段平硐测点节理岩体的损伤张量、充填维数及多重分维值；建立了充填维数与连通率、多重分维值与最大主损伤值的关系式，初步明期了分维的物理意义，并对其可能的应用作了分析。     

不同节理表面形貌下非贯通节理岩体强度特性直剪试验研究

通过直剪模型试验,研究节理表面形貌下非贯通节理岩体扩展贯通强度特性。非贯通节理岩体的扩展贯通过程分为4个阶段：初裂前阶段、稳定扩展阶段、非稳定扩展阶段和摩擦阶段。结合试验现象和切向变形曲线,研究了非贯通节理岩体的初裂强度、临界强度、贯通破坏强度、残余强度等特性。在相同的法向应力下,节理表面越粗糙,不仅非贯通节理岩体的贯通破坏强度越大,而且初裂强度、临界强度、残余强度也越大。在不同的节理表面形貌下,初裂强度与贯通破坏强度的比值约为70%;临界强度与贯通破坏强度的比值约为90%;不过,残余强度与贯通破坏强度的比值变化较大,约为50%～90%。试验为进一步研究非贯通节理岩体破坏理论提供试验验证。     

岩石节理粗糙度系数的分形特征

岩石节理粗糙度系数JRC是估算节理抗剪强度和变形指标最重要的参数。通过对简易纵剖面仪获取的节理表面轮廓曲线的分形研究,讨论了节理表面轮廓曲线的自相似性和JRC的自相似性,并根据实测统计资料的分析,指出了分形理论研究JRC的适用条件和有效的使用方法。由实测统计资料的JRC尺寸效应自相似性分析,认为JRC尺寸效应具分形结构。本文介绍了一种确定JRC尺寸效应分维数D的方法,由此确定的分维数D具有明确的物理意义。     

一种新的岩石节理面三维粗糙度分形描述方法

研究并提出一种新的岩石节理面三维粗糙度分形描述方法。首先,基于激光扫描数据将节理表面离散成三角网,并建立与剪切方向相关的三维均方根抵抗角的计算方法。其次,运用分形数学理论,提出一种新的基于三维均方根抵抗角的节理面粗糙度分形描述方法。最后,采用新方法对天然玄武岩节理和花岗岩张拉型节理的粗糙特性进行分析。研究结果表明,提出的新方法能够较全面地反映节理面的三维几何形貌信息,并能描述节理粗糙度的各向异性特性。研究成果为进一步建立岩石节理面的三维剪切强度公式和剪切本构理论奠定了基础。     

不同节理粗糙度类岩石材料三轴压缩力学特性试验研究

粗糙度是影响节理岩体强度与变形特性的重要因素之一。首先使用3D 打印机制作模具,并浇筑形成不同粗糙度（节理粗糙度系数JRC=2、7、12、17、22）的节理岩石试样。采用GCTS高温高压动静岩石三轴试验系统,对含有不同粗糙度节理岩石试样进行了三轴压缩试验,获得了不同粗糙度节理岩石试样的三轴应力–应变曲线,分析了JRC对岩石三轴强度和变形特性的影响规律,在三轴加载过程中采用声发射测试系统,分析了不同粗糙度节理岩石试样的声发射特性。运用数字三维视频显微系统观察节理面形态,讨论了不同围压下节理岩石试样峰值强度与JRC之间的关系。研究结果表明,节理面的存在直接导致节理岩石试样强度的大幅度降低,JRC对岩石破坏裂纹的形态、数量和空间分布特征亦有很大的影响,随着JRC值的增大,岩石节理面的抗剪强度增大,岩石试样的三轴抗压强度也会增大,岩石试样由脆性破坏转变为延性破坏。     

岩石断裂表面的分形模拟

根据岩石断裂表面粗糙度所具有的统计自仿射分形的特征,提出了改进的自仿射分形插值的概念。运用改进的自仿射分形插值方法,根据实测岩石断裂表面粗糙度数据,对岩石断裂表面粗糙形态进行了分形模拟,给出了二元分形插值数学模型。将以不同数量的观测数据模拟出的插值曲面与实际测量的岩石断裂表面相比较,得出了不同数量信息点的模拟精度,它们之间的关系曲线显示为幂函数关系的规律。这就意味着不仅可以得到模拟结果,还可以得到模拟结果的估计精度。运用少量已知数据值,模拟出未知曲面,给出了由局部模拟整体的方法这对于根据少量数据研究、模拟和直观显示复杂物体的几何形态,如地形地貌、断层表面和材料裂隙表面,具有重要的应用意义。     

岩体结构面粗糙度系数JRC的研究现状

岩体结构面粗糙度系数JRC是描述岩体结构面粗糙起伏状态的力学参数,对于无填充或少填充的硬性结构面而言是关键性指标。本文介绍了岩体结构面粗糙度系数JRC估算方法的理论及应用研究现状,并探讨了JRC研究中存在的几个问题。     

The variogram method for a fractal model of a rock joint surface

The variogram method can be used to make a fractal model of a rock joint surface. However, it has been found that the range of lag satisfying the power law is very small, that is, less than about 10% of the profile length. The cause of this has been investigated mathematically. The main cause of this problem is due to the fact that the profile length is assumed infinite for the theory, but it is finite for the actual calculation. This discrepancy between the actual calculation and the theory yields a significant error and causes the problem when the lag is large. To confirm the validity of this conclusion, it has been demonstrated that the range of lag satisfying the power law increases with an increase in the profile length by applying the variogram method to profiles cut from a long profile. In addition, the range of lag was investigated mathematically and it has been clarified that the range of lag increases with an increase in the fractal dimension. These results suggest that the profile length, the sampling interval and the removal of the linear trend are items to which we must pay attention when we use the variogram method.     

岩石结构面几何特征的分形与分维

本文引用B.B.Mandelbrot创立的分形几何学这一新理论及其思维方法,对岩石结构面的几何特征,包括规模、隙宽、密度和粗糙度进行分形分析。结果表明,在10~7级范围内,结构面几何特征呈现出很强的自相似性,其分数维分别为0.8272、0.8173和2.1385;粗糙度JRC则由分数维方便地定量地表征。这一客观规律的揭示,对各种尺度结构面几何特征、渗透路线的形态和流速趋势的确定具有重要的理论价值和现实意义。     

The effect of surface irregularities on a falling rock motion

This laboratory study seeks to investigate the effect of surface irregularities on the motion characteristics of a falling rock. The irregularly-shaped surfaces of greywacke with a range of joint roughness coefficient (JRC) from 2 to 18 were used in an experimental setup where a falling rock was dropped from a height of 110 cm. A high-speed camera was utilised to capture the trajectory of the falling rock upon its impact with the rock surface. The data from 287 tests were statistically analysed to determine the dominant type of motion and to establish relationships between JRC and the coefficient of restitution (CoR). The effect of surface roughness was seen in different modes of motion of the falling rock with more irregular surfaces often produced ‘sliding’ or ‘rolling’ instead of ‘bouncing’. The obtained data indicated that the rock surface roughness did not seem to have a significant effect on CoR; however, it affected the rebound angle of the falling rock.     

JRC分形估测方法的实用性

基于分形几何的码尺法分维数与岩石节理粗糙度系数的物理意义剖析，认为Ｄ－ＪＲＣ之间不存在必然的相关性．分析标准轮廓曲线的分维数，发现其分维数差级微小，难以实行粗糙度系数分级．根据实测资料阐述了岩石节理表面轮廓曲线的“自相似”是统计意义而不是绝对的，它要求ＪＲＣ分形估测应统计求取，而过繁的分维数测量步骤削弱了ＪＲＣ的分形统计估测的可行性．建立在实测资料统计分析基础上的ＪＲＣ尺寸效应分形模型ＪＲＣｎ＝ＪＲＣ０（Ｌｎ／Ｌ０）－Ｄ客观而真实地刻画了粗糙度系数随取样长度增大而降低的规律，其中，ＪＲＣ尺寸效应分维数（Ｄ）具明确的物理意义，它描述了ＪＲＣ随结构面规模增大而降低的衰减速率．最后，运用ＪＲＣ尺寸效应分维数（Ｄ）探讨了岩石节理粗糙度系数尺寸效应的各向异性规律．