[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

说明书

技术领域

本发明涉及岩体工程领域，具体涉及一种基于统计岩体力学的岩体工程参数计算方法及系统。

背景技术

目前世界各国的岩体工程设计大多采用岩体质量分级为基础，进行基于经验性规范的标准化设计。这种方法将千变万化的岩体质量分为5(或6)个级别，不仅十分粗略，而且不能反映岩体质量的各向异性特性。

岩体工程设计的直接基础是岩体的工程参数，例如岩体质量指标RQD、变形模量、抗剪强度、渗透系数等参数。这些参数目前只能通过大型现场试验获得，或以粗略的岩体质量分级为基础，通过经验公式计算获得。显然现场试验，如大型载荷试验、剪切试验、钻孔岩性编录和水文地质试验，不仅笨重、耗资、耗时，且因试验点的代表性而成果分散性突出，可靠性较差，需要较多的样本点，由此导致耗资较大，而基于岩体质量分级方法大多通过经验公式计算岩体工程参数，不仅粗略，而且不能客观反映岩体的各向异性性质。同时，岩体质量分级方法不能获得岩体的渗透系数等参数，岩体工程参数取值方法严重地制约了工程设计的可靠性和工程运营的安全。以岩体力学理论为支撑，建立岩体工程参数的计算方法，是岩体工程建设的迫切需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种科学可靠、方便快捷、客观反映岩体工程性质各向异性特征的岩体工程参数计算方法及系统，为工程设计提供可靠的科学技术支撑。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于统计岩体力学的岩体工程参数计算方法，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：

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)；

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：

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：

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：

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；

同时，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。

本发明还提供了一种基于统计岩体力学的岩体工程参数计算系统，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