基于结构面粗糙度随机场表征的抗剪强度变异性

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作者 王卫明 高旭 +1 位作者 陈诺 宋琨 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第7期2657-2664,共8页

岩体结构面抗剪强度参数具有变异性是客观事实,而受限于室内外直剪试验成本而导致抗剪强度变异性指标获取困难是目前制约岩质边坡可靠度评价发展的主要原因之一。鉴于此,提出了一种利用少量实测结构面粗糙度曲线样本和岩块物理力学参数... 岩体结构面抗剪强度参数具有变异性是客观事实,而受限于室内外直剪试验成本而导致抗剪强度变异性指标获取困难是目前制约岩质边坡可靠度评价发展的主要原因之一。鉴于此,提出了一种利用少量实测结构面粗糙度曲线样本和岩块物理力学参数,结合JRC-JCS(joint roughness coefficient-joint compressive strength)剪切强度模型、随机场理论和非侵入式离散元数值试验,获取结构面抗剪强度参数变异性指标的方法。将此方法应用于某隧道进口段岩质边坡可靠度评价中,研究发现:(1)该岩质边坡主控结构面粗糙度纵坐标方差为0.012 5 cm2,相关距离为0.75 cm,生成的随机粗糙度曲线与实测样本相似;(2)结构面黏聚力和内摩擦角均值分别为0.427 MPa和54.9°,标准差分别为0.229 MPa和4.47°,变异系数分别为53.63%和8.14%;(3)此边坡稳定性系数服从正态分布,失稳概率为2.8%,可靠度为1.52。 展开更多

关键词 岩质边坡 结构面粗糙度 随机场表征 抗剪强度参数变异性 可靠度

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天然岩体结构面粗糙度各向异性、尺寸效应、间距效应研究 被引量：41

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作者 葛云峰 唐辉明 +3 位作者 王亮清 赵斌滨 吴益平 熊承仁 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期170-179,共10页

为了研究天然岩体结构面粗糙度评价结果影响因素,以重庆武隆地区大尺寸岩体结构面为例,运用三维激光扫描技术,基于Grasselli改进法描述粗糙度在不同采样方向、尺度与精度下的变化规律。结果显示:所选用的天然岩体结构面具有明显的各向... 为了研究天然岩体结构面粗糙度评价结果影响因素,以重庆武隆地区大尺寸岩体结构面为例,运用三维激光扫描技术,基于Grasselli改进法描述粗糙度在不同采样方向、尺度与精度下的变化规律。结果显示:所选用的天然岩体结构面具有明显的各向异性、正尺寸效应和间距效应,因此在进行粗糙度评价时,采样方向务必与剪切方向保持一致,采样尺寸与采样间距应大于等于和小于等于有效采样尺寸与间距;为便于不同评价方法间结果对比,应保证在相同的采样参数下开展研究。 展开更多

关键词 岩石力学 岩体结构面粗糙度 各向异性 尺寸效应 间距效应 激光扫描

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结构面粗糙度系数Barton直边法的简明公式 被引量：7

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作者 胡晓飞 杜时贵 《工程地质学报》 CSCD 2008年第2期196-200,共5页

JRC是反映爬坡角力学效应的岩体结构面表面形态等效描述指标。本文在Barton直边法的研究基础上,利用直边图的几何性质,推导出结构面粗糙度系数Barton直边法的简明公式,并通过实例检验了JRC简明公式的合理性和实用性。

关键词 结构面粗糙度系数JRC Barton直边法 简明公式

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结构面粗糙度系数与采样精度的关系研究 被引量：11

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作者 张国彪 包含 +2 位作者 兰恒星 晏长根 陶悦 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期1336-1341,共6页

结构面粗糙度系数(JRC)的获取过程中存在采样精度问题,为了获取合理的JRC值,本文开展了JRC剖面线采样点精度研究。选取3种岩石,每种取10个具有一定粗糙程度的结构面为研究对象,运用三维激光扫描技术获取结构面几何形貌特征并进行数字化... 结构面粗糙度系数(JRC)的获取过程中存在采样精度问题,为了获取合理的JRC值,本文开展了JRC剖面线采样点精度研究。选取3种岩石,每种取10个具有一定粗糙程度的结构面为研究对象,运用三维激光扫描技术获取结构面几何形貌特征并进行数字化处理。在此基础上,提取结构面选定剖面线的起伏信息,利用分形理论计算不同采样点间隔条件下剖面线的JRC值,分析JRC取值中存在的采样点间隔效应,并研究其影响因素。结果发现:JRC值受剖面线采样点间隔影响,当采样点间隔小于临界间隔值时,JRC值基本保持不变;当间隔大于临界间隔值时JRC值出现波动。采样点临界间隔值与结构面粗糙程度相关,与JRC值呈负指数函数关系,并且其关系受岩石类型影响,岩石颗粒越小两者拟合度越高。综合3种岩石得到JRC值与采样点临界间隔值关系服从y=1.8314e^(-0.067x)的函数分布,可以此为依据进行采样点临界间隔定量取值,来消除间隔效应对JRC值的影响。该项研究成果可为结构面粗糙信息采集提供科学的方法,通过选取合理的采样点数量,保证结构面信息采集工作效率和JRC值计算精度。 展开更多

关键词 结构面粗糙度系数 三维激光扫描 采样点间隔 负指数关系

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基于旋转采样法的结构面粗糙度各向异性评价 被引量：7

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作者 吴禄祥 吕庆 +3 位作者 蔡学桁 郑俊 李博 刘健 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2021年第1期52-58,共7页

岩石结构面粗糙度各向异性评价存在不确定性。本文基于高精度激光扫描技术获得的结构面三维点云数据,提出了一种评价岩石结构面粗糙度系数(JRC)各向异性的旋转采样法。通过典型结构面试样的对比分析,探讨了采样方法和尺寸对JRC各向异性... 岩石结构面粗糙度各向异性评价存在不确定性。本文基于高精度激光扫描技术获得的结构面三维点云数据,提出了一种评价岩石结构面粗糙度系数(JRC)各向异性的旋转采样法。通过典型结构面试样的对比分析,探讨了采样方法和尺寸对JRC各向异性的影响。结果表明:(1)已有的单一轮廓线采样法获得的JRC各向异性数据离散,各向异性评价结果偏大,增加结构面尺寸,能提高数据的准确性。(2)采用旋转采样法获得的JRC各向异性数据,在不同尺寸下JRC最值分布更集中,各向异性系数计算结果更稳定,克服了JRC数据离散的问题,可获得准确、可靠的JRC各向异性规律。本文方法和结果可为研究岩石结构面粗糙度各向异性规律提供参考。 展开更多

关键词 结构面粗糙度 粗糙度系数 各向异性 评价方法 三维激光扫描

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基于无人机点云与改进R_(S)表征法的结构面粗糙度定量分析 被引量：3

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作者 杨泽 李保天 +3 位作者 宋盛渊 秦龙 刘殿泽 黄迪 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期72-81,共10页

为研究采样尺寸、采样间距对高陡斜坡岩体结构面粗糙度评价结果的影响,选取藏东南某铁路察达车站工点左岸高陡岩质斜坡为研究区,提出采用无人机多角度贴近摄影测量技术获取毫米级点云数据以建立研究区斜坡岩体高精度三维模型,并从中选... 为研究采样尺寸、采样间距对高陡斜坡岩体结构面粗糙度评价结果的影响,选取藏东南某铁路察达车站工点左岸高陡岩质斜坡为研究区,提出采用无人机多角度贴近摄影测量技术获取毫米级点云数据以建立研究区斜坡岩体高精度三维模型,并从中选取典型区域裁剪出带有点云信息的27条面状结构面,使用Delaunay三角化原理对结构面进行网格化重建。基于此,提出一种采用点云拟合平面代替R_(S)表征法中垂直投影平面的新方法,并研究结构面粗糙度在不同采样尺寸、采样间距下的变化规律,结果表明:不同三角剖分方式对R_(S)表征值影响较小;结构面粗糙度具有尺寸效应与间距效应,其粗糙度表征值随结构面尺寸的增加逐渐趋于稳定,随结构面采样间距增大逐渐减小;部分存在尺寸效应的结构面存在“假有效采样尺寸”与“真有效采样尺寸”。在进行粗糙度评价时应确保所得有效采样尺寸为“真有效采样尺寸”。 展开更多

关键词 多角度贴近摄影 结构面粗糙度 改进R_(S)表征法 尺寸效应 间距效应 三角剖分

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结构面粗糙度系数的三维分形表征 被引量：3

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作者 游志诚 王亮清 +1 位作者 葛云峰 杨艳霞 《人民长江》 北大核心 2014年第19期63-67,共5页

结构面粗糙度对结构面的抗剪强度有重要影响,进而影响工程岩体的变形破坏行为。基于高精度三维激光扫描技术,以贵州某水库拱坝基岩结构面为研究对象,现场采取泥质白云岩结构面、白云岩结构面、泥质白云岩与白云岩接触面三类优势结构面... 结构面粗糙度对结构面的抗剪强度有重要影响,进而影响工程岩体的变形破坏行为。基于高精度三维激光扫描技术,以贵州某水库拱坝基岩结构面为研究对象,现场采取泥质白云岩结构面、白云岩结构面、泥质白云岩与白云岩接触面三类优势结构面并对各岩样结构面表面进行扫描,获取三维形貌数据,建立了数字高程模型。采用MATLAB软件编写立方体覆盖法程序,进而精确求取每个结构面的三维分形维数,同时采用均方根方法估算每个结构面的三维粗糙度系数,然后建立两者之间的关系式。研究结果为将结构面粗糙度系数表征方法从二维拓展到三维提供了一种新思路。 展开更多

关键词 结构面粗糙度系数 结构面 分形维数 三维激光扫描仪

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结构面粗糙度统计测量最小样本数确定方法 被引量：10

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作者 侯钦宽 雍睿 +2 位作者 杜时贵 徐敏娜 曹泽敏 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1259-1269,共11页

由于结构面粗糙度具有各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应等特征,结构面粗糙度系数(JRC)取值具有不确定性,工程中广泛采用统计方法来分析结构面粗糙度性质,然而以往研究往往忽略样本数不足对统计结果的影响。针对结构面粗糙度统计... 由于结构面粗糙度具有各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应等特征,结构面粗糙度系数(JRC)取值具有不确定性,工程中广泛采用统计方法来分析结构面粗糙度性质,然而以往研究往往忽略样本数不足对统计结果的影响。针对结构面粗糙度统计测量时无法确定合理样本数的问题,分别提出基于变异系数级比分析及简单随机抽样原理的最小样本数确定方法。以实际工程岩体结构面表面数据为研究对象,对比分析两种方法在系列尺寸下确定的统计测量最小样本数。实例分析表明:小尺寸样本的变异系数(CV)值明显大于大尺寸样本,且CV值随取样尺寸的增大而减小,取样尺寸为10~50cm的CV值基本稳定在0.31~0.47之间,取样尺寸为60~100cm的CV值基本稳定在0.21~0.31之间;最小样本数与取样尺寸基本满足幂函数关系,且最小样本数随取样尺寸的增大而减少;系列尺寸下级比分析方法在允许误差为±2%时确定的最小样本数与简单随机抽样原理在最大允许误差为10%、置信度为95%时计算的最小样本数是一致的,相似度大于0.997。该研究方法可为工程岩体中定量获取结构面粗糙度统计测量最小样本数提供依据,保证了JRC(结构面粗糙度系数)统计测量结果的准确性,对工程岩体稳定性评价中结构面力学参数的准确获取具有重要意义。 展开更多

关键词 结构面粗糙度系数 级比分析 简单随机抽样原理 最小样本数

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数码摄影测量及三维建模在岩体结构面粗糙度教学中的应用 被引量：6

9

作者 王章琼 白俊龙 张明 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2020年第3期45-47,52,共4页

岩体结构面粗糙度及其各向异性是岩体力学课程的重点和难点内容。该文采用数码相机对岩体结构面进行倾斜摄影测量,在Context Capture软件中建立结构面实景模型,采用Cloud Compare软件对三维实景模型进行剪切和点云简化;在MATLAB软件中... 岩体结构面粗糙度及其各向异性是岩体力学课程的重点和难点内容。该文采用数码相机对岩体结构面进行倾斜摄影测量,在Context Capture软件中建立结构面实景模型,采用Cloud Compare软件对三维实景模型进行剪切和点云简化;在MATLAB软件中获得不同剪切方向上的起伏曲线,进而确定各起伏曲线粗糙度系数,并评价其各向异性特征。将上述成果用于岩体力学课程的教学,直观、生动地展示了结构面粗糙特性,取得了良好效果。 展开更多

关键词 数码摄影测量 结构面粗糙度 各向异性 岩体力学

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高陡岩质斜坡结构面的无人机贴近采集与粗糙度分析 被引量：17

10

作者 孙琦 张文 +2 位作者 赵云鹏 韩博 赵潇涵 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2021年第5期1460-1468,共9页

为了研究采样尺寸、采样间距对结构面粗糙度评价结果的影响,本文以川藏线昌都至林芝段的色曲特大桥左岸高陡斜坡结构面为研究对象。使用无人机贴近摄影测量技术获取斜坡的三维空间坐标和表面纹理数据;室内实现斜坡的三维重建以及点云化... 为了研究采样尺寸、采样间距对结构面粗糙度评价结果的影响,本文以川藏线昌都至林芝段的色曲特大桥左岸高陡斜坡结构面为研究对象。使用无人机贴近摄影测量技术获取斜坡的三维空间坐标和表面纹理数据;室内实现斜坡的三维重建以及点云化处理;从点云模型上人为提取出37个结构面信息,使用MATLAB进行结构面规则网格化重建;基于Z2S法描述结构面粗糙度表征值在不同尺寸、不同间距下的变化规律。结果表明:结构面粗糙度的尺寸效应、间距效应明显,采样间距的增大使有效采样尺寸值减小。因此,在进行粗糙度研究时应选取较小的采样间距,采样尺寸应大于等于"真"有效采样尺寸值。此外,本文是无人机贴近摄影测量技术应用在结构面数据采集领域的一个案例,是进行结构面粗糙度特征研究的有益补充。 展开更多

关键词 无人机 岩体结构面粗糙度 尺寸效应 间距效应

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天然岩体结构面三维粗糙度的多尺度取样影响规律研究 被引量：4

11

作者 张乔威 张振华 +1 位作者 闫思泉 邱士利 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第10期4175-4183,共9页

基于三维激光扫描技术,在单一大尺度天然岩体结构面点云数据上开展多尺度窗口取样时,取样窗口中心位置的选取对结构面三维粗糙度的准确表征具有显著的控制作用,然而该控制机制与影响规律的研究十分匮乏。为此,以青海祁连县黄藏寺水利枢... 基于三维激光扫描技术,在单一大尺度天然岩体结构面点云数据上开展多尺度窗口取样时,取样窗口中心位置的选取对结构面三维粗糙度的准确表征具有显著的控制作用,然而该控制机制与影响规律的研究十分匮乏。为此,以青海祁连县黄藏寺水利枢纽右岸坝址边坡大尺度天然岩体结构面为研究对象,以结构面三维激光扫描点云数据和Grasselli三维粗糙度计算方法为基础,开展了单一大尺度结构面上窗口取样中心位置对三维粗糙度多尺度特征影响与控制规律的深入研究。结果表明:窗口取样中心位置对结构面三维粗糙度的尺寸效应影响显著,取样中心位置的不同导致尺寸效应具有显著差异;同一剪切方向上结构面三维粗糙度的差异性随取样窗口尺寸的增大而减小;窗口取样中心位置对分析含结构面岩质边坡的潜在滑动方向的影响较小,当取样窗口尺寸增大到特征尺寸后,潜在滑动方向将被限定在一定角度范围,天然结构面的角度区间为110°~130°。最后基于上述研究,建立了窗口取样中心位置选取的基本原则,改进了天然大尺度结构面三维粗糙度取样方法。 展开更多

关键词 三维激光扫描技术 岩体结构面三维粗糙度 取样窗口中心位置 尺寸效应

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粗粒土与结构接触面单调力学特性的试验研究 被引量：118

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作者 张嘎 张建民 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第1期21-25,共5页

使用新研制的大型土与结构接触面循环加载剪切仪,对粗粒土与人工粗糙钢板接触面在单调荷载作用下的力学特性进行了较系统的试验研究。从宏观和细观两个角度进行了测量,分析总结了粗粒土与结构接触面的基本力学特性和受力变形机理。试验... 使用新研制的大型土与结构接触面循环加载剪切仪,对粗粒土与人工粗糙钢板接触面在单调荷载作用下的力学特性进行了较系统的试验研究。从宏观和细观两个角度进行了测量,分析总结了粗粒土与结构接触面的基本力学特性和受力变形机理。试验表明:接触面的厚度约为5～6倍的平均粒径;接触面受剪时表现出明显的相对法向位移,其变化趋势与法向应力有关;接触面的变形可分解为同时发生、互相影响的土与结构交界面上的滑移变形以及结构面附近的土在结构面约束之下的剪切变形两部分,而后者是引起相对法向位移的主要原因;结构面粗糙度、土的种类和法向应力等因素对接触面的力学特性具有重要影响。 展开更多

关键词 粗粒土 接触面 试验 剪切仪 结构面粗糙度

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考虑取样间隔的Barton标准JRC表征公式推导研究

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作者 王刚 陈明瑞 +5 位作者 刘廷方 王长盛 吴学震 管辉 陈慧源 管尚尚 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期152-160,共9页

目的为实现结构面粗糙度(JRC)的精确表征,本文选用粗糙度统计参数中的一阶导数均方根Z_(2)表征二维节理轮廓线粗糙度JRC2D。方法首先,使用Photoshop对10条Barton标准轮廓线分别开展修补断点、去除杂点、增强像素等图像优化工作,并将轮... 目的为实现结构面粗糙度(JRC)的精确表征,本文选用粗糙度统计参数中的一阶导数均方根Z_(2)表征二维节理轮廓线粗糙度JRC2D。方法首先,使用Photoshop对10条Barton标准轮廓线分别开展修补断点、去除杂点、增强像素等图像优化工作,并将轮廓线图像导入Matlab中,提取各轮廓线在不同取样间隔SI下的坐标数据,计算各条Barton标准JRC轮廓线在不同SI下的Z_(2)值;然后分析SI对Z_(2)的影响,基于Z_(2)随SI的增大而减小的规律,对各组数据的Z_(2)值、SI值进行指数函数拟合推导,调整拟合式参数后与JRC值进行回归拟合。结果获取了适用于SI∈[0.1 mm,2.0 mm]的JRC2D表征新公式,并引入参数JRCP对新公式的精确性进行验证,通过对比本文JRC-Z_(2)与前人JRC表征公式的计算结果,分析各条轮廓线的JRCP值变化规律。结论本文提出的考虑取样间隔的JRC-Z_(2)表征公式在其适用范围SI∈[0.1 mm,2.0 mm]内精确性更高,新公式更真实地表征了Barton标准JRC轮廓线的粗糙特性,研究成果可为准确评估结构面粗糙度提供理论参考。 展开更多

关键词 Barton标准轮廓线 结构面粗糙度 取样间隔 一阶导数均方根 指数拟合

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