[发明专利]基于统计岩体力学的岩体工程参数计算方法及系统

权利要求书

1.一种基于统计岩体力学的岩体工程参数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、以现场实测的岩体结构面网络数据为基础，通过以下公式计算岩体的结构参数：体积节理数λ_v和全空间方向的岩体质量指标RQD：

λv=2π3Σmμ2λ=12πΣmλa‾2]]>

式中，m为结构面组数，λ为某组结构面的法向密度(1/m)，μ为该组结构面平均迹长的倒数(1/m)，为该组结构面的平均半径(m)；

RQD=(1+0.1λs)e-0.2λs×100%]]>

式中，λ_s为测线方向结构面交点密度(1/m)；

步骤二、以现场实测的岩体结构面网络数据、结构面摩擦角φ_j，岩石弹性模量E与泊松比ν的实测或经验数据为基础，通过以下公式计算岩体全空间方向弹性模量E_m和泊松比ν₁₃：

Em=E1+αβΣp=1mλa‾h2n12[1-n12]]]>

v13=v+αβΣp=1mλa‾n12n321+αβΣp=1mλa‾n12(1-n12)]]>

式中：n_i为第p组结构面的法线方向余弦，σ，t为某组结构面上的法向应力和剪应力，其他参数同前；

并计算岩体弹性模量各向异性指数弱化系数其中E_mmin、E_mmax、为全空间方向中岩体模量的最小值、最大值和平均值，E为岩石的弹性模量；

步骤三、以岩体结构面网络数据、结构面摩擦角，岩石I型裂纹断裂韧度K_Ic的实测数据为基础，通过以下公式计算一组结构面岩体全空间方向单轴抗压强度：

σ1=σ3+12n1πβ(1-n12)a‾ln(λ·V)·KIc]]>

式中：λ为该组结构面法向密度(1/m)，V为研究对象体积(m³)；当有m组结构面时，岩体单轴抗压强度取其中的最低强度；

并计算岩体强度的各向异性指数弱化系数其中σ_mmin、σ_mmax、为全空间方向中岩体抗压强度的最小值、最大值和平均值，σ_c为岩石单轴抗压强度；

步骤四、以岩体结构面网络数据为基础，计算岩体渗透椭球和主渗透系数K：

K=πg12vΣp=1mλvt‾3(a‾+r)2e-3ra‾(1-n12),r=12λisinθ]]>

式中：r为第p组结构面被其他组结构面交切的最大长度(m)，为该组结构面的平均半径(m)，为该组结构面的体积密度(1/m³)，为该组结构面的平均隙宽(mm)，λ_i为与之交切的第i组结构面的法向密度(1/m)，θ为第p组与第i组结构面法线夹角，ν＝0.01084为水的运动粘滞系数(cm²/s)，其他符号意义同前；

同时，计算岩体渗透系数各向异性指数其中K_min、K_max全空间方向中岩体渗透系数的最小值、最大值。

2.一种基于统计岩体力学的岩体工程参数计算系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集现场实测的岩体结构面网络数据、结构面摩擦角φ_j，岩石弹性模量E与泊松比ν以及岩石I型裂纹断裂韧度K_Ic的数据；

体积节理数λ_v计算模块，用于以现场实测的岩体结构面网络数据为基础，通过以下公式计算岩体的体积节理数λ_v

λv=2π3Σmμ2λ=12πΣmλa‾2]]>

式中，m为结构面组数，λ为某组结构面的法向密度(1/m)，μ为该组结构面平均迹长的倒数(1/m)，为该组结构面的平均半径(m)；

全空间方向的岩体质量指标RQD计算模块，用于以现场实测的岩体结构面网络数据为基础，通过以下公式计算全空间方向的岩体质量指标RQD：

RQD=(1+0.1λs)e-0.2λs×100%]]>

式中，λ_s为测线方向结构面交点密度(1/m)；

岩体全空间方向弹性模量E_m和泊松比ν₁₃计算模块，用于以现场实测的岩体结构面网络数据、结构面摩擦角φ_j，岩石弹性模量E与泊松比ν的实测或经验数据为基础，通过以下公式计算岩体全空间方向弹性模量E_m和泊松比ν₁₃：

Em=E1+αβΣp=1mλa‾h2n12[1-n12]]]>

v13=v+αβΣp=1mλa‾n12n321+αβΣp=1mλa‾n12(1-n12)]]>

式中：n_i为第p组结构面的法线方向余弦，σ，t为某组结构面上的法向应力和剪应力，其他参数同前；

岩体弹性模量各向异性指数和弱化系数计算模块，用于通过以下公式计算岩体弹性模量各向异性指数弱化系数其中E_mmin、E_mmax、为全空间方向中岩体模量的最小值、最大值和平均值，E为岩石的弹性模量；

结构面岩体全空间方向单轴抗压强度计算模块，用于以岩体结构面网络数据、结构面摩擦角，岩石I型裂纹断裂韧度K_Ic的实测数据为基础，通过以下公式计算一组结构面岩体全空间方向单轴抗压强度：

σ1=σ3+12n1πβ(1-n12)a‾ln(λ·V)·KIc]]>

式中：λ为该组结构面法向密度(1/m)，V为研究对象体积(m³)；当有m组结构面时，岩体单轴抗压强度取其中的最低强度；

岩体强度的各向异性指数和弱化系数计算模块，用于计算岩体强度的各向异性指数弱化系数其中σ_mmin、σ_mmax、为全空间方向中岩体抗压强度的最小值、最大值和平均值，σ_c为岩石单轴抗压强度；

岩体渗透椭球和主渗透系数计算模块，用于以岩体结构面网络数据为基础，通过以下公式计算岩体渗透椭球和主渗透系数：

K=πg12vΣp=1mλvt‾3(a‾+r)2e-3ra‾(1-n12),r=12λisinθ]]>

式中：为第p组结构面的体积密度(1/m³)，为该组结构面的平均隙宽(mm)，λ_i为与之交切的第i组结构面的法向密度(1/m)，θ为第p组与第i组结构面法线夹角；

岩体渗透系数各向异性指数计算模块，用于计算岩体渗透系数各向异性指数其中K_min、K_max为全空间方向中岩体渗透系数的最小值、最大值。