岩石节理表面粗糙度的分形表征

岩石节理表面是一个介于2～3维之间的结构复杂、形态不规整的空间，统计上遵从分形的规律，适于采用分数维对其不规整几何量进行定量描述。本文重点叙述和讨论节理表面粗糙轮廓线的分形表征方法，以及分线数（D）与粗糙度系数（JRC）之间的经验关系。     

不同粗糙度裂隙渗流特性数值模拟研究

岩石裂隙粗糙度对其渗流特性有重要影响。以巴顿十条标准轮廓线为基础,采用COMSOL数值模拟软件建立粗糙单裂隙渗流模型,开展不同粗糙度裂隙渗流特性研究工作,监测渗流过程中渗流速度的变化,并通过立方定律的修正式对渗透率进行计算,与此同时观测裂隙通道内的应力变化情况。研究结果表明:裂隙粗糙度对渗流速度影响较大,随着粗糙度系数(JRC)值的增大,裂隙渗流的最大流速和平均流速都在逐渐减小;裂隙渗流过程中有涡流场产生,且随着粗糙度的增大涡流场愈发紊乱,而涡流场会影响速度场的变化;岩石裂隙的渗透率随着JRC值的增大而增大,且呈对数函数递增趋势;裂隙通道内的最大压力受裂隙粗糙度的影响起伏波动较大,在JRC值为8～10时,最大压力达到最小值;裂隙通道内的最小压力随着JRC值的增大而呈现出逐渐减小的趋势。     

岩石节理粗糙度新指标及新的JRC确定方法

为使二维粗糙度指标能够反映岩石节理形貌的方向特征,同时可以克服采样间距取值对粗糙度指标大小的影响。将岩石节理面划分为一系列连续的长方体微凸体,提出一种确定长方体微凸体计算长度的计算模型。通过平均同一剪切方向上长方体微凸体的计算高度提出了一个新的描述形貌面粗糙度的指标c。指标c是由长方体微凸体2种破坏模式结合一种确定长方体计算长度的模型得到,可以将节理几何特征与剪切强度结合起来,进而将节理粗糙度与节理剪切强度结合起来,这就为考虑剪切方向性的岩石节理剪切强度公式的提出提供可能。粗糙度指标c可以将形貌面客观定量表示,同时具有方向性,即剪切方向不同时对应的c不同。以标准JRC曲线为例,基于图像分割技术提取了标准JRC曲线坐标信息,阐述了粗糙度指标c的计算过程。在某一测量间距下获取的粗糙度指标不足之处是比该测量间距较小的粗糙度将被掩盖,而小尺度的粗糙对于抵抗剪切的贡献不应被忽略。通过计算不同采样间距的粗糙度指标c,发现指标c随着采样间距增大而呈幂函数形式减小,显示具有分形特征。基于分形思想,提出可同时反映节理形貌面各向异性并且不受测量尺度影响的粗糙度评价系统。分析了粗糙度描述系统指标与JRC之间的关系,证明该描述系统指标可与节理剪切强度建立良好的关系。     

岩体节理面的分形与分维研究

应用分形几何理论对岩体节理进行描述，求得了节理的分维数df，并建立了节理分维数df与其粗糙度JRC的关系。有了节理的分维数就可方便的进行节理的分类及强度计算，这比传统的用JRC描述节理更具有实际意义。     

关于节理面分形的探讨

给出了几种节理的分形量测方法,讨论了岩石节理粗糙性的分形模拟,分维数与JRC之间的关系,以及尺度效应对分形模拟的影响.可以说,在一定的尺度范围内,完全可以用分形定量地刻画节理的粗糙性.     

岩体结构面粗糙度系数的三维表征与评价

岩体结构面粗糙度系数(JRC)的测量与评价在矿山建设、洞室开挖、灾害防治等领域至关重要.以往基于单条或多条轮廓线的二维JRC评价方法无法全面反映岩体结构面的粗糙度.基于岩体结构面直接剪切试验,借助三维激光扫描与建模分析等技术手段,就岩体结构面粗糙度系数的三维评价方法进行了系统研究.结果表明:①岩体结构面三维粗糙度表征参...     

考虑接触形貌特征的节理面JRC值确定方法研究

传统方法确定节理面粗糙度JRC过程中,往往将整个节理面的形貌考虑在内,然而在实际剪切过程中,节理面两翼仅仅部分微凸体产生相互接触,未接触区域的形貌必然影响JRC值的准确性。为了建立一种更加准确的JRC值确定方法,利用数值追踪技术确定节理面在剪切过程中的局部接触区域,并求解该区域的幅度参数、空间参数和倾角参数,同时通过Barton模型对JRC值进行反演。利用发生接触的节理面形貌参数对JRC值进行拟合,并进行显著性分析,在此过程中得到如下结论:(1)JRC主要受到高度均方差σ_z、陡坡百分比P_D、高度差T_z¹⁰和坡度均方根Z₂的显著影响。t检验结果可知,坡度均方根Z₂对JRC影响的显著性大于高度均方差σ_z,大于高度差T_z¹⁰。(2)将局部发生接触的节理面形貌参数和整个节理面形貌参数进行对比,结果表明发生接触的节理面形貌所确定的形貌参数与JRC的显著性明显高于整个节理面确定的形貌参数与JRC之间的显...     

基于三维激光扫描仪的岩石破裂面粗糙度研究

为更深层地认识岩石的破裂机制。通过压、剪试验测取2组24个圆柱形岩样的破坏载荷,采用高精度三维激光扫描仪扫描岩样破裂面,得到了顶板砂岩在压、剪破坏后,破裂面的起伏粗糙特征分布规律,并采用统计分析方法得到破裂面粗糙曲线曲率半径,从而揭示了砂岩受剪切破坏后粗糙曲线曲率半径分别与粗糙度系数JRC、破坏载荷的相关关系。结果表明:单轴抗压试验中,离加载中心越远,JRC越小;抗剪试验中,粗糙度曲线的曲率半径统计值分别与JRC和抗剪强度呈线性正相关。     

岩石裂隙面粗糙度参数关系分析

粗糙度是解释岩石裂隙力学及渗流特性的重要参数.采用自制模具,在轴向中部劈裂岩样,形成垂直于岩样轴向的新鲜裂隙.通过测取7组47个圆柱形岩样裂隙面188条轮廓曲线,分析了粗糙度系数JRC、粗糙轮廓指数Rp、粗糙角i、分维D和截距A等参数的相互关系.结果表明:JRC与岩样组成矿物颗粒大小关系密切,粒径越大,JRC越大.JR...     

岩石节理面粗糙程度研究

讨论了岩石节理面粗糙度的统计指标;提出用节理面分形模拟特征参数表征节理面粗糙度。     

巴顿结构面抗剪强度公式在马来西亚沐若水电站的运用

利用回弹仪测取结构面的硬度,估算其单轴抗压强度JCS;利用钢卷尺测算结构面的起伏度,估算其粗糙度JRC;运用Barton提出的结构面抗剪强度公式计算出沐若水电站建坝岩体中缓倾角硬性结构面的抗剪强度值.     

Difficulties with using continuous fractal theory for discontinuity surfaces

Roughness of discontinuities and relations between shear strength and roughness are of major interest in rock mechanics. Options to characterize roughness of a discontinuity, in terms of a fractal and/or fractal dimension, are investigated mathematically and by simulated roughness profiles. The results show that relations between the JRC roughness profiles and fractal dimension determined by the divider method do not prove that the JRC curves are fractals, can easily be inaccurate and can lead to erroneous relations. If roughness profiles are fractals at all, then the divider method is likely not suitable for determining the fractal dimension.     

Y型微通道反应器强化萃取水相中铒的研究

本文采用Y型微通道萃取技术,以水溶液中稀土铒为研究对象,考察了Y型微通道尺寸、有机相浓度、皂化度、有机相中铒预负载量、水相初始pH值和水相初始铒浓度等因素对稀土铒萃取率的影响。结果表明,微通道尺寸对铒萃取率有重要影响,管径越长,萃取率越高;管径越小,萃取率越高。微通道长度为50cm,直径为0.6mm时,停留时间为2.12s,铒萃取率高达99.39%。随着有机相中P507浓度的增加,水相中铒萃取率增加。随着有机相中铒负载量的增加,水相中铒萃取率降低。随着有机相中P507皂化度的增加,铒萃取率先增加后降低,皂化度为5%时,萃取率最大。这是由于皂化度大于5%时,有机相理化性质的变化将会导致有机薄膜失稳,引起乳化,降低了萃取率。随水相初始pH值和初始铒浓度的增加,铒的萃取率均减小。本研究可为Y型微通道萃取技术在低浓度重稀土萃取上的应用提供理论基础和技术依据。     

基于Barton-Bandis非线性破坏准则的边坡破坏概率分析

鉴于岩体结构面粗糙度和壁岩强度的影响使结构面抗剪强度呈现非线性特征,传统极限平衡分析法采用平均值来表征岩体物理力学指标使评价结论未能充分顾及到指标的离散性,提出了基于Barton- Bandis非线性破坏准则的边坡破坏概率分析方法。通过野外地质测量获得岩体结构面轮廓曲线及回弹值,经过处理计算后分别获得结构面粗糙度系数JRC,壁岩强度JCS、基本摩擦角[?]b等参数的多组样本数据,并验 证了各参数样本数据的概率分布。基于Barton-Bandis准则建立了柏杨庙矿山边坡的稳定性分析模型,采用Morgenstern-Price法计算出该边坡的多组稳定性系数,通过蒙特卡罗法对其进行统计分析,确定了边坡的破 坏概率,并与传统极限平衡分析法的计算结果进行了对比分析。研究表明：基于Barton-Bandis准则的边坡破坏概率分析方法在进行边坡稳定性分析时充分考虑了岩体结构面抗剪强度的非线性特征和抗剪强度参数的离 散性,是岩质边坡稳定性分析的有效方法。     

剪切载荷作用下岩体结构面动态接触特征数值模拟

准确认识岩体结构面的动态接触特征是评价和预测结构面剪切行为的基础.首先,通过FISH语言修正了FLAC3D软件自带的INTERFACE本构模型,使其能够准确表达粗糙结构面在剪切过程中的力学行为;然后,采用数值模拟和室内试验相结合的方法对剪切过程中结构面接触和受力的分布及其演化规律进行了研究,分析了法向应力和结构面粗糙度...     

采动地表移动变形与建筑物损坏程度评价的再认识

实测数据分析的目的是认识地表移动规律和确定预计参数,而沉陷预计的目的是评价采动损坏程度。无论实测数据分析还是形变预计,地表倾斜、曲率和水平变形等主要指标都是基于下沉和水平位移2个移动分量;不均匀下沉在引起地表倾斜和曲率变形的同时,也会导致采动建筑物水平变形和破坏。通过分析起伏地形和不均匀沉陷在实时位形上对地表变形的作用关系,建立了地表水平和起伏条件下采动地表倾斜变形引起的地表水平变形表达式;以采动地表正曲率变形为例,分析确定了建筑结构长度、高度、最大挠度、挠度比与地表曲率的关系,定性给出了建筑结构顶部伸长量、拉伸变形及其影响规律;进一步分析了建筑结构与地基相互作用的反力分布以及拉伸和剪切作用下建筑物损伤破坏特征。在继承我国现行规范中采动建筑物损坏评价优点的基础上,针对硬性分级存在的不足以及I,IV级损坏再划分的模糊性,借鉴英国沉陷工程师手册中考虑建筑物结构长度影响的思想,建立了综合考虑水平变形、建筑物结构长度和挠度比的采动损坏分等定级指标体系;实验结果分析表明,同等采动地表变形条件下建筑结构越长其损坏越严重,证明该指标体系的损坏程度评价结果比现行规范中单纯考虑地表变形的方法更科学、客观,同时消除了原来I,IV级损坏再划分的模糊性和不确定性。     

潘三矿综合指标法预测突出及其临界值分析

分析了潘三矿11-2煤掘进工作面煤与瓦斯突出预测指标的敏感程度,采用双曲线模型构建了综合指标R1并确定了其临界值,将其应用在1492(1)掘进工作面中,结果表明:采用综合指标R1预测后,提高了预测突出准确率,减少了防突措施工程量的30%以上。