岩石结构面Grasselli二维粗糙度指标优化及其JRC估算

采用只考虑迎剪侧表观倾角而忽略内部起伏角的Grasselli二维形貌参数θ_(G)来估算结构面粗糙度系数JRC仍有待改进。从θ_(G)的物理意义出发,发现爬坡区内部凸起高度对粗糙度的贡献可表示为其在总爬坡水平距离上的坡角,所有爬坡区提供的坡角之和定义为结构面内部起伏体粗糙贡献,将结构面迎剪侧表观平均倾角θ_(G)和爬坡区内部平均坡角θ_(H)叠加,提出岩石结构面粗糙度新指标θ_(C)。通过获取十条标准JRC剖面线的θ_(C),分析其与JRC之间的关系,建立基于θ_(C)的JRC估算式。计算不同采样间距和不同采样方向下的新指标θ_(C),结果显示θ_(C)具有分形特征且能够反映结构面形貌各向异性。进一步将JRC估算式应用于JRC-JCS模型,通过对比已有研究得到的试验结果以及不同抗剪强度模型的预测效果,验证基于新指标θ_(C)估算的JRC可以准确预测结构面峰值抗剪强度。最后,对二维指标θ_(C)进行三维拓展,提出三维粗糙度新指标(θ_(C))_(3D),并通过结构面形貌各向异性表征验证了其合理性。

基于机器学习的岩体结构面剪切破坏区域预测研究

剪切破坏区域是岩体结构面上下盘相对运动的主要接触区域,对抗剪强度具有重要影响。鉴于结构面剪切破坏区域与形貌特征的高度非线性关系,本文在分析结构面表面形貌特征及剪切机制的基础上,以粗糙度参数倾向、倾角、曲率、高差和孔径分布来描述结构面表面形貌特征。对结构面试样开展法向应力为1.0 MPa的直剪试验,通过图像分割技术提取剪切破坏区域,利用多种机器学习方法构建结构面剪切破坏区域预测模型,建立结构面粗糙度参数与破坏状态之间的非线性关系,并采用训练准确率和AUC(Area Under Curve)值等指标对模型预测性能进行评估。结果表明所建立的模型中集成装袋树预测性能最好,其次是K最近邻,其训练准确率最高分别可达98.02%和97.38%,AUC值最高分别可达0.78和0.74。通过敏感性分析发现孔径分布对剪切破坏区域的影响最大。本研究对有效分析结构面的剪切破坏机理和准确评价抗剪强度具有重要意义。

岩石结构面力学原型试验相似材料研究

基于岩体结构面抗剪强度机制及相似材料的选择原则和要求,研制以高强水泥、硅粉、高效减水剂、标准砂、水等原料混合而成的模拟材料,并利用其制得的试样及结构面模型进行大量物理力学试验的对比分析,研究结果表明:相似材料的抗压强度与原岩结构面相近,调整不同混合材料的配合比,相似材料可以覆盖中低强度的岩石类型;利用相似材料及多尺度试样模具可制作与原岩结构面表面形态及起伏度近似一致的模拟结构面;利用模拟结构面代替原岩结构面进行直剪试验,模拟结构面表面的磨损程度、粗糙度系数衰减规律及破坏形式均与原岩结构面相似,且模拟结构面抗剪强度直剪试验结果与理论计算值相差不大;模拟材料具有物理力学性能稳定、制作方便、成本低廉的优点,可代替原岩结构面进行不同尺寸、可重复性的破坏性试验。

岩石质量指标RQD与工程岩体分类

讨论了工程岩体分类中 RQD确定的某些问题 ,对正确选取 RQD指标的方法进行了探讨。

JRC快速测量技术

在回顾粗糙度测量方法的基础上 ,从岩石节理的具体特点出发 ,研制了轮廓曲线仪和粗糙度尺 ,为节理粗糙度系数的统计测量提拱了一种快速测量手段。

节理抗剪强度综合评价的试验研究

选取不同吻合度自然节理试样,进行干燥状态和饱和状态的JRC-JCS模型和JRC-JMS模型试验研究。结果表明,在节理粗糙度系数的定向统计测量和尺寸效应分析,以及剪切过程衰减折减的基础上,运用JRC-JCS模型综合评价节理抗剪强度可靠性较好,考虑吻合度系数的JRC-JMC模型比JRC-JCS模型具更好的预测能力。

JRC修正直边法的数学表达

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。本文在爬坡角力学效应机理研究基础上，阐述了ＪＲＣ直边法的物理意义；通过岩体结构面表面起伏幅度与金属表面粗糙度幅度对比分析，肯定了直边法的合理性；考虑ＪＲＣ的尺寸效应，推导ＪＲＣ修正直边法的数学表达式，编译计算机常用程序。最后，实例检验了ＪＲＣ修正直边法数学表达式的合理性和可用性。

JRC-JCS模型与直剪试验对比研究

结构面抗剪强度是影响工程岩体稳定的重要因素,它决定工程岩体破坏的可能性。基于结构面粗糙度系数定向统计测量技术的JRC-JCS模型可以考虑地质和环境因素的影响,具有费用低、速度快、简便易行等特点,是获取工程岩体无填充或少填充硬岩结构面抗剪强度参数的实用方法,已为50多个岩体工程提供了结构面抗剪强度参数。为分析JRC-JCS模型评价结构面抗剪强度参数的可靠性,选取天然岩石结构面试样,进行干燥状态和饱和状态结构面抗剪强度直剪试验和JRC-JCS模型评价的对比研究。结果表明,在结构面粗糙度系数的定向统计测量、尺寸效应分析,以及剪切过程衰减折减的基础上,运用结构面粗糙度系数定向统计测量技术的JRC-JCS模型评价的结构面抗剪强度参数与直剪试验结果具有较好的一致性,JRC-JCS模型对结构面峰值摩擦角有较好的预测能力。

JRC-JCS模型抗剪强度估算的平均斜率法

结构面对工程岩体的稳定性有着决定性的影响,结构面的抗剪强度参数是分析岩体稳定的关键的参数。本文回顾了结构面抗剪强度估算的JRC-JCS模型及其估算方法,提出了可快速估算结构面抗剪强度参数的平均斜率法,并通过对比分析阐明平均斜率法的优越性。

岩石质量定量描述研究现状及趋向

结构面的存在破坏了岩石的完整性。定量描述结构面引起的岩石质量恶化程度是工程岩体勘测和设计的前提。本文评述了国内外岩石质量的定量描述方法，并指出今后的发展趋向。

甘肃北山地质处置库围岩节理抗剪强度经验估算

节理抗剪强度参数是地质处置库预选地段工程地质对比和围岩稳定性分析的重要指标。本文在旧井地段英云闪长岩节理分组的基础上,运用定向统计测量方法估测节理粗糙度系数,通过评价节理粗糙度系数的尺寸效应,确定节理抗剪强度经验估算有效长度,由JRC-JCS模型求得各组节理4个方向的抗剪强度参数,并评价了地质处置库围岩节理抗剪强度的各向异性特征。

改进的遗传算法在结构优化设计中的应用

遗传算法(GA)是基于达尔文进化论和遗传学说形成的一种崭新的优化算法。它具有全局收敛性和并行性;对先验知识要求较少,具有很强的适应性。针对结构优化设计方法中存在的局限性,将改进的遗传算法用于结构优化设计中。改进的GA采用以下措施提高搜索效率:(1)动态调整变量区间和GA参数;(2)在每一轮进化结束后重新初始化群体,开始新的进化;(3)将最优个体保留到下一轮。据此编制了计算机程序,并将其应用到一个桁架结构的优化实例中。运行结果表明,改进后的遗传算法用于结构优化设计能够有效地避免陷入局部最优解的现象,提高了搜索效率,具有较强的适应性。

岩体断裂粗糙度系数的各向异性研究

本文首次提出了断裂粗糙度系数的各向异性和粗糙度系数尺寸效应的各向异性概念。根据不同成因断裂表面形态的定性分析结果,结合2180个不同方向粗糙度系数实测值的统计结果,系统地阐述了Ⅰ型断裂(节理)和Ⅱ、Ⅲ型断裂(断层)粗糙度系数及粗糙度系数尺寸效应的各向异性规律。

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。

岩石质量指标（RQD）的各向异性分析

各向异性是工程岩体的重要工程特性，岩石质量指标ＲＱＤ具明显的各向异性。本文运用结构面网络模拟技术，通过结构面间距、倾角、相对夹角以及结构面组数的敏感性分析，探讨了ＲＱＤ的各向异性规律。结合实际工程应用，提出正确引用ＲＱＤ指标的建议。

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。

岩体结构面粗糙度系数的统计估测

基于岩体结构面表面形态的各质异性、各向异性、非均一性和尺寸效应，本文提出粗糙度系数（JRC）的统计估测方法．根据11064条表面轮廓曲线的测量统计资料，提供16种典型岩体结构面3个方向的粗糙度系数经验值．本文的JRC经验值可直接用于岩体结构面的力学参数估算．

RQD研究的几个理论问题

岩石质量指标ＲＱＤ是岩体工程分类和稳定性评价中最常用的定量描述参数。３０多年来，ＲＱＤ的概念和理论研究有了重大进展。本文对源于工程应用的几个ＲＱＤ理论问题进行了评述，同时提出了一些新的研究思路。

JRC-JCS模型在抗剪强度参数取值中的应用

工程岩体的失稳几乎都是沿着结构面发生的。而岩体结构面的抗剪性质并不完全满足莫尔-库仑准则,因此在岩质边坡的稳定性分析中采用莫尔-库仑准则有可能会带来较大误差。本文简要的回顾了岩体结构面抗剪强度估算方法发展的历程,提出了基于JRC-JCS模型计算等效抗剪强度参数的概念和方法,并通过简单计算实例阐明了这一方法在处理实际工程问题中的特点。

岩体结构面抗剪强度经验估算方法在杭千高速公路路堑边坡稳定性研究中的应用

高速公路勘察工期紧,对路堑边坡稳定性的评价通常是定性的。岩体结构面抗剪强度经验估算方法的运用,可以在短时间内提供潜在滑移破坏面的抗剪强度参数,从而使得边坡岩体稳定性定量评价成为可能。本文根据3个典型路堑边坡的稳定性分析,介绍了岩体结构面抗剪强度经验估算方法的工程应用。