[发明专利]一种岩体结构面二维粗糙度评价方法及系统

权利要求书

1.一种岩体结构面二维粗糙度评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，建立岩体结构面上轮廓线的曲线模型，将所述曲线模型沿其所在平面的垂直方向平移预设宽度形成曲面；

步骤2，计算在水平剪应力和法向应力的共同作用下，所述曲面在所述水平剪应力方向上的潜在接触部分所提供的第一抗剪切力，以及所述曲面的水平投影面所提供的第二抗剪切力；

步骤3，计算所述第一抗剪切力与所述第二抗剪切力的比值，将所述比值作为所述轮廓线在所述水平剪应力方向上的粗糙度指标；

所述步骤1包括如下步骤：

步骤11，获取所述轮廓线在水平剪应力方向上间隔预设间距的各个点之间的相对位置关系；

步骤12，根据所述各个点之间的相对位置关系，在坐标系中构建有序的离散点；

步骤13，采用微线段连接相邻所述离散点，以形成所述曲线模型；

步骤14，将每个所述微线段沿所述曲线模型所在平面的垂直方向平移所述预设宽度，以形成由多个微元组成的所述曲面；

所述步骤2包括如下步骤：

步骤21，分别比较每个所述微线段对应的两个离散点的高程值，将比较结果满足如下第一公式的微线段对应的微元作为潜在接触微元；

所述第一公式如下所示：

(z_r2-z_r1)＞0

其中，所述z_r1和z_r2分别为微线段r在所述水平剪应力方向上先后两个离散点的高程值，所述r∈{1,2,3…N}，其中，N为微线段的总数；

步骤22，构建如下第二公式，计算在所述水平剪应力和法向应力的共同作用下，每个所述潜在接触微元所提供的抗剪切力；

所述第二公式如下所示：

其中，所述F_τj为潜在接触微元j所提供的抗剪切力，所述为潜在接触微元j的面积，所述A'_j为潜在接触微元j的水平投影面的面积，所述和τ'_j为潜在接触微元j分别在剪胀和啃断破坏时的抗剪强度，所述i_j为潜在接触微元j的起伏角，所述l_j为潜在接触微元j对应的微线段的长度，所述z_m1和z_m2分别为潜在接触微元j对应的微线段m在所述水平剪应力方向上先后两个离散点的高程值，所述σ为法向应力，所述d为预设宽度，所述Dx为预设间距，所述φ_b为基本摩擦角，所述C为啃断破坏时的内聚力,所述m∈{1,2,3…N}，所述j∈{1,2,3…n}，其中，n为潜在接触微元的总数；

步骤23，令所述潜在接触部分为全部所述潜在接触微元，构建如下第三公式，计算所述第一抗剪切力；构建如下第四公式，计算所述第二抗剪切力；

所述第三公式如下所示：

其中，所述F_τT为所述第一抗剪切力；

所述第四公式如下所示：

F_τH＝τ_HA_H＝Ldσtanφ_b

其中，所述F_τH为所述第二抗剪切力，所述τ_H为所述水平投影面的抗剪强度，所述A_H为所述水平投影面的面积，所述L为所述水平投影面在水平剪应力方向上的长度。

2.根据权利要求1所述一种岩体结构面二维粗糙度评价方法，其特征在于，所述步骤11具体为：

采用扫描仪沿水平剪应力方向，以所述预设间距采集岩体结构面上所述轮廓线上点的位置坐标，获取所述各个点之间的相对位置关系；或

在CAD软件中沿水平剪应力方向，以所述预设间距提取所述轮廓线的CAD模型上点的位置坐标，获取所述各个点之间的相对位置关系。

3.根据权利要求1或2所述一种岩体结构面二维粗糙度评价方法，其特征在于，所述步骤3具体为：令C/σ＝t且σ≠0，根据所述第二公式、第三公式和第四公式构建如下第五公式，计算所述轮廓线在所述水平剪应力方向上的粗糙度指标；

所述第五公式如下：

其中，所述I_R为所述粗糙度指标。