基于功率谱密度的评估岩石节理粗糙度新方法

摘要

为进一步提高结构面粗糙特征描述的精确性和可靠性，更全面地体现出细微形貌的影响，将轮廓线凹凸起伏分解为幅值、倾角和曲率3个特征，分别代表轮廓线的高度变化、角度变化和弯曲程度变化。以Barton建议的10条标准轮廓线为例，计算其幅度、角度和弯曲度的特征曲线，获得了三者的分布规律。利用可表征微细观形貌的功率谱密度函数研究了3种特征曲线的频谱特征，然后从功率谱密度对数曲线中提取了可以描述形貌特征的分形参数Dj （斜率相关）和粗糙度参数Aj（截距相关），在此基础上研究了Dj和Aj与节理粗糙度系数（joint roughness coefficient，简称JRC）的关系。同时，将该指标推广到了三维形貌的表征形式，并计算了大理岩剪切面的三维粗糙度。结果表明：新指标评估精确度高，可反映结构面各向异性特征，能有效表征结构面粗糙特征，对研究结构面剪切力学性质有重要意义。