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基于多重分形特征的岩体结构面剪切强度研究
  • ISSN号:1000-7598
  • 期刊名称:岩土力学
  • 时间:2015.3.10
  • 页码:703-710+718
  • 分类:TU452[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程]
  • 作者机构:[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
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(No.51222401,No.51374049,No.51304037); 教育部科学技术研究重点项目(No.113019A); 中央高校基本科研业务费资助(No.N110201001,No.N120101001); 中国-南非联合研究计划项目(No.2012DFG71060/CS06-L01); 教育部博士点基金资助课题(No.20110042110035); 内蒙古教育厅基金项目(No.NJZY13138)
  • 相关项目:深部围岩损伤演化及失稳破裂的机理研究
中文摘要:

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,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△D(q)和△a(q)值越大,△D(q)或△a(q)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△D(q)或△a(q),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(q)及JRC与△a(q)关系。这样在工程实际中,可以用参数△D(q)或△a(q)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。

英文摘要:

The Barton's shear strength criterion is widely used in engineering practice. However, the estimation of joint surface roughness coefficient(JRC) is subjective and one-sided in this method. Therefore, a method is proposed to estimate JRC with multifractal parameters based on multifractal theory. Firstly, 3D data of joint surface are obtained with digital image processing(DIP)technique. Secondly, the fractal dimension of surface is calculated with the projective covering method(PCM). Particularly the multifractal parameters of fifteen joint surfaces are computed. The results show that the rougher the surface, the larger the parameters of △D(q) and △a(q). Both multifractal parameters △D(q) and △a(q) can well describe the morphology of joint surface. At last, nine groups of gypsum specimens are used for direct shear tests under different normal stresses. The relationship between the multifractal parameters and the JRC is examined with the principle of least square method according to the experimental data of shear strength. Thus, the JRC can be estimated accurately using parameters of △D(q) and △a(q). The results provide a new approach to study surface roughness of rock joints. On the basis, the shear strength of rock joints can be accurately estimated.

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期刊信息
  • 《岩土力学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 主编:孔令伟
  • 地址:武汉市武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 邮编:430071
  • 邮箱:ytlx@whrsm.ac.cn
  • 电话:027-87198484 87199252
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-7598
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1199/O3
  • 邮发代号:38-383
  • 获奖情况:
  • 全国中文核心期刊,美国《工程索引》EI收录期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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