岩石结构面剪切强度各向异性评价方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108446431A(43)申请公布日2018.08.24(21)申请号201810118155.3(22)申请日2018.02.06(71)申请人中国地质大学（武汉）地址430074湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号(72)发明人王昌硕王亮清姜耀飞孙自豪谭钦文(74)专利代理机构武汉知产时代知识产权代理有限公司42238代理人曹雄金慧君(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书3页说明书13页附图9页(54)发明名称岩石结构面剪切强度各向异性评价方法(57)摘要本发明公开了一种岩石结构面剪切强度各向异性评价方法，其包括：S1、获取不同剪切方向的岩石结构面轮廓曲线模型；S2、基于岩石结构面的单边功率谱密度PSD*计算构成岩石结构面的各个频率成分对于岩石结构面粗糙度贡献的综合功率指标Pf；S3、计算经修正后的坡度均方根S4、基于综合功率指标Pf以及坡度均方根计算岩石结构面粗糙度参数PZ；S5、计算得到岩石结构面不同剪切方向上的剪切强度。本发明基于功率谱密度定量分析构成岩石结构面的各个频率成分对于岩石结构面粗糙度的贡献以及岩石结构面粗糙度的各向异性特征，能够更为全面的对于岩石结构面的剪切强度各向异性进行定量评价。CN108446431ACN108446431A权利要求书1/3页1.一种岩石结构面剪切强度各向异性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取不同剪切方向的岩石结构面轮廓曲线模型；S2、基于岩石结构面的单边功率谱密度PSD*计算构成岩石结构面的各个频率成分对于岩石结构面粗糙度贡献的综合功率指标Pf，计算公式如下述公式(1)：其中，fn为构成岩石结构面轮廓曲线的第n个频率成份的频率值；An为频率位于fn和fn+1之间的单边功率谱密度曲线与频率轴围成图形的面积；Pn为构成岩石结构面轮廓曲线的第n个频率成份在单边功率谱密度曲线中所对应的单边功率谱密度PSD*的值；为由构成岩石结构面轮廓曲线的频率中位于fn和fn+1之间的频率成份的平均频率值；N为所提取的岩石结构面轮廓曲线模型的坐标点数；k为正整数；S3、考虑岩石结构面粗糙度的各向异性特征以及岩石结构面起伏角度为90°的陡坎状起伏突起体对岩石结构面粗糙度的影响，按照公式(2)计算下述经修正后的坡度均方根其中，xn，yn为所获取的岩石结构面轮廓曲线模型的坐标点数据；Lf为岩石结构面轮廓曲线中起伏角面向剪切方向的部分的在x轴的投影长度；an为辅助判断参数，当位于xn和xn+1之间的岩石结构面轮廓曲线的起伏角面向剪切方向时，其值为1，反之则为0；S4、基于所述综合功率指标Pf以及经修正的坡度均方根计算岩石结构面粗糙度参数PZ，计算公式如下述公式(3)：其中，Lp为岩石结构面轮廓曲线在x轴的投影长度；S5、将所述岩石结构面粗糙度参数PZ代入下述公式(4)，计算得到岩石结构面不同剪切方向上的剪切强度，且对岩石结构面剪切强度的各向异性特征进行评价；2CN108446431A权利要求书2/3页其中，τ为法向应力σn所对应的岩石结构面峰值剪切强度；JCS为岩石结构面壁岩强度；为岩石结构面基本摩擦角；f(PZ)为拟合得到的岩石结构面粗糙度系数JRC与所述岩石结构面粗糙度参数PZ之间的回归关系式。2.如权利要求1所述的岩石结构面剪切强度各向异性评价方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11、沿剪切方向以Ts为采样间距提取岩石结构面轮廓曲线的坐标点数据，建立与实际剪切方向一致的岩石结构面的轮廓曲线模型；S12、在xy坐标系平面内，按照下述公式(5)沿y轴方向平行移动所建立的岩石结构面轮廓曲线模型，使岩石结构面轮廓曲线的算数平均高度为零，得到平移后的岩石结构面轮廓曲线坐标点数据，即其中，x，y为平移后的岩石结构面轮廓曲线的坐标点数据；x*，y*为平移前岩石结构面轮廓曲线的坐标点数据；N为所提取的岩石结构面轮廓曲线的坐标点数；为平移前岩石结构面轮廓曲线的第n个坐标点的纵坐标。3.如权利要求2所述的岩石结构面剪切强度各向异性评价方法，其特征在于，所述步骤S11包括：若直接获取岩石结构面轮廓曲线，则沿剪切方向以Ts为采样间距提取岩石结构面轮廓曲线的坐标数据，得到岩石结构面轮廓曲线，并对得到的岩石结构面轮廓曲线进行调整，使所得到的岩石结构面轮廓曲线的最小二乘拟合直线为水平直线；若从岩石结构面三维模型中提取岩石结构面轮廓曲线，则先将所得到的岩石结构面三维模型进行调整，使三维岩石结构面模型的最小二乘拟合平面为水平面，然后沿剪切方向以Ts为采样间距提取岩石结构面轮廓曲线，所获取的岩石结构面轮廓曲线不再进一步调整。4.如权利要求2所述的岩石结构面剪切强度各向异性评价方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S21、基于所