岩体结构面三维粗糙度系数表征新方法

详细信息   

• 责任者：葛云峰^c中国地质大学(武汉)^d1985^e博士研究生 ; 唐辉明 ; 黄磊 ; 王亮清 ; 孙淼军 ; 范怡静
• 刊名：岩石力学与工程学报
• 出版年：2012
• 卷期：31^b12总261
• 关键词：岩体结构20^a结构面 ; 粗糙度 ; 三维模型 ; 剪切试验 ; 渗流 ; 激光法 ; 图像处理30^a图像分割
• 页码：2508～2517
• 索书号：P478.066/357
• 图表：^c表1参48插图
• 分类号：1600
• 文摘期号：2013/07/b

摘要

岩体结构面粗糙度系数JRC影响着岩体的变形、破坏以及渗流特性，其数据采集与评价取值问题一直是岩石力学领域的热点和难点。目前研究方法多集中于二维，无法体现JRC的三维特性；即使现有的三维评价方法，也多数仅从几何数据单方面入手，没有考虑JRC的各向异性。鉴于此，提出基于光亮面积百分比BAP的岩体结构面三维粗糙度系数表征新方法。首先，运用三维激光扫描技术，建立岩体结构面三维数字模型；其次，通过模拟虚拟光源，在岩体结构面表面产生光亮与阴影，并生成图片；然后，基于图像分割技术，设置灰度阈值，提取大于灰度阈值的光亮部分面积，并计算岩体结构面的光亮面积百分比；最后，结合R.Tse和D.M.Cruden提出的JRC计算公式，考虑剪切或渗流方向，得出岩体结构面三维粗糙度系数估算公式。以鱼简河水库工程为例，实验结果表明：(1)在光源照射角度相等的情况下，光亮面积百分比与岩体结构面三维粗糙度系数成正比关系；(2)通过对比分析，光源照射角度过大(70°～85°)或过小(5°～35°)时，易产生误差，入射角介于35°～70°范围内时为最佳入射角；(3)基于该工程数据推导出JRC^3D与BAP之间的估算公式。通过验证，试样Y10、Y11、Y12根据R.Tse和D.M.Cruden公式所得到的JRC^3D分别为16.47、16.81、16.69，根据新估算公式计算的JRC^3D分别为17.20、17.40、17.17，具有较好的一致性。