煤炭学报

作者：元宙昊, 叶义成, 罗斌玉, 阎要锋,

关键词：小波变换, 粗糙度分解, 节理面粗糙度系数( JRC), 分级表征, 统计参数,

岩石节理面粗糙度的准确量化表征一直是节理岩体力学领域关注的热点问题。 节理面表 面形貌是多尺度的，且一阶、二阶起伏体对节理面粗糙度的形貌贡献存在差异，如何在考虑节理面 多尺度特征的前提下实现粗糙程度的准确表征有待深入研究。 基于小波变换理论，提出了用于小 波基优选的能-熵比准则，结合基于能量保持百分比及信号标准差定义的临界分解水平准则，形成 了节理面形貌分解理论。 然后，以节理面形貌分解理论为基础，以 10 条标准节理面粗糙度系 数(JRC)曲线为对象，实现了标准曲线中一阶、二阶起伏体的准确分离。 对一阶、二阶起伏体的统 计参数(一阶导数均方根 Z2、节理面粗糙度指数 Rp -1)进行了计算，分析了一阶、二阶起伏体统计 参数之间的差异，揭示了标准曲线的统计参数随粗糙度增加而出现局部凸起现象的原因，建立了节 理面粗糙度的分级表征公式。 最后，开展节理面剪切试验对粗糙度分级表征公式的可靠性进行验 证。 研究结果表明:1 基于小波基优选准则确立的最优小波基 coif5 可实现节理面表面形貌的小 波变换处理;2 基于临界分解水平判别准则确立的第 4 分解水平适用于一阶、二阶起伏体的识别; 3 节理面中一阶、二阶起伏体的统计参数存在差异，二阶起伏体的统计参数普遍大于一阶起伏体 的统计参数，揭示了标准曲线的统计参数随粗糙程度的增加而出现局部凸起的主要原因是未考虑 一阶、二阶起伏体的形貌贡献差异;4 基于粗糙度分级表征公式得出的节理面粗糙度系数与节理 试样剪切试验结果的反算值吻合，且准确度比未分级的表征公式要好，表明粗糙度分级表征公式是 合理的。

来源：2022年第7期

《煤炭学报》期刊编辑部

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