GEOFLUIDS Geofluids 1468 - 8123 1468 - 8115 Hindawi 10.1155 / 2020/8870387 8870387 研究文章 尺寸效应试验的代表性抽样方法裂隙岩体 https://orcid.org/0000 - 0002 - 8880 - 8244 黄 男人。 1 刘 丹 1 https://orcid.org/0000 - 0002 - 4494 - 1377 在香港 家务 1 杜 Shigui 1 罗 Zhanyou 2 李 长虹 3 黄 永亮 4 林 挂 1 土木工程学系 绍兴大学 508年的环城西路 绍兴312000年 中国 usx.edu.cn 2 岩土工程研究所 浙江大学的科学和技术 六合路508号 杭州310023 中国 zust.edu.cn 3 浙江地质勘探工业集团有限公司 人民中路160 绍兴312000年 中国 4 浙江有色金属地质勘查局 人民中路160 绍兴312000年 中国 2020年 25 8 2020年 2020年 16 7 2020年 6 8 2020年 11 8 2020年 25 8 2020年 2020年 版权©2020人黄等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

尺寸效应对岩体的流体力学的行为一直是公认的。因此,分析岩体的尺寸效应。然而,当进行尺寸效应研究,样本的代表性不太考虑。因此,结合现有的统计方法和抽样方法,全面代表岩体存在的抽样方法。在这种方法中,大量的样本统计量大小不同的进步提供了覆盖方法;然后,轨道长度的面密度的值被定义为分层进行分层抽样的代表性样本。此外,它应用于联合网络模型生成符合实际情况,与其他方法相比。抽样结果表明,该方法可以为研究提供一定的参考价值尺度岩体力学参数的行为。

 中国国家自然科学基金 41427802 41572299 浙江省自然科学基金 LY18D020003 浙江省的主要研究和开发项目 2019年c03104 1。介绍

岩体的力学性能在工程实践有许多应用,如隧道、水坝、斜坡;尺寸效应的影响,研究[ 1, 2]。也就是说,力学参数主要是归因于试样的几何尺寸的变化( 3- - - - - - 7]。在工程实践中,大规模的标本力学参数往往是通过减少小型机械参数的测试结果,但结果的可靠性仍难以澄清。因此,深入研究了岩体力学性能的尺度行为使力学参数可以精确地决定,从而提供一定指导意义的参数在工程实践中的应用。

研究岩体力学性能的尺寸效应进行了通过实验室测试,数值模拟,原位测试等。 8- - - - - - 10]。机械试验主要包括压缩、剪切和张力,通过执行实验室测试,只能获得完整岩石的强度被局限于室内环境。然而,力量应该减少应用程序在实际工程( 11- - - - - - 13]。随后,各种数值模拟软件,包括有限元软件和离散元素,采用了更多的作者。这些软件可以模拟实际岩体的力学测试,定制岩体的强度级别,并设置不同类型的机械测试( 14- - - - - - 17]。另外,岩体的各向异性特性进一步研究[ 18, 19]。一些研究者通过原位测试进行了现场调查,因为这些方法是昂贵的和不切实际的 20.- - - - - - 24]。因此,在上面的方法,数值模拟可以近似满足测试要求在各种条件下也多次进行数值计算,以减少错误的测试结果,因此作为一个可行的研究方法。

合理的样本选择的基础上统计样本数值模拟之前是至关重要的。对于尺寸效应研究法律,要求大型样本包括小型样品获得正确的尺寸效应规律。然而,目前的研究主要是基于单个样本和随机样本 18, 25- - - - - - 27]。尺寸效应获得法律不同,表明样本值增加(正面尺寸效应),减少(负尺寸效应),并保持不变(没有尺寸效应),以及其他的结果,作为抽样大小的函数。然而,该方法获得的样本的代表性尚未确定;因此,研究结果的可靠性是有问题的。代表性抽样方法被先进的解决上述问题。这些方法包括分层抽样,应用于岩石的关节。然而,裂隙岩体的可行性需要进一步探讨和分析。因此,基于联合网络模型和方法结合样本统计量的渐进覆盖方法和分层抽样需要抽样代表。

在这项研究中,一个全面的岩石样本抽样方法提出并应用于series-sized岩石样本的采集。此外,抽样的合理性测试结果得到该方法的联合网络模型及其比较优势和角色与其他抽样方法。这一步验证力学性能的尺度行为是否有效。

 2。比较和分析不同的抽样方法 2.1。Single-Sample抽样法 2.1.1。简单随机抽样方法

由于岩体结构的复杂性和可变性,转化任意样本通常是取自原始岩体,和样本的选择主要取决于个人的主观判断( 18, 27]。

 2.1.2。前进的放大采样方法

前进的放大采样方法是指抽样的起点的选择范围内的大小;这一点作为抽样参考每次和逐渐扩大获得不同大小的岩石样本反过来( 25, 26]。例如,左边底部或中心是利用为起点,逐步扩大(图 1)。这种方法可以克服不规则的随机抽样方法,但获得的样本的代表性仍不清楚。

前进的放大采样方法:(a)中间放大;(b)放大。

 2.2。Multisample抽样法 2.2.1。Equal-Partition抽样法

这种方法可以应用于把整个大岩体在相等的时间间隔,如图 2在不同的位置,获取原始样品。大量取样大小对应于一个小样本容量。因此,该方法可能无法提供一个合适的样本容量大小或担保,一套完整的持续将提供样品时实现全覆盖。

Equal-partition抽样方法。

 2.2.2。进步的覆盖率统计方法

提供一个全面的抽样基础series-size样本统计,黄等人提出了进步的覆盖率统计方法,这是一个有效的工具series-size样本统计量( 28]。关键是要确定取样大小 l 我 和推进空间 Δ d 我 ( 我 相应数量的不同的尺寸)。抽样单位逐渐进步的 x 和 y 岩体的方向,然后,样品达到覆盖率;原理图是反映在图 3。这个方法获得更完整的样品,可以介绍一些失踪的区域,增加样本容量,改善整体样本的准确性,并提供一定的抽样的基础上。

进步的覆盖率统计方法。

 2.3。代表抽样法

分层抽样方法提出改善过多的小样本的情况 29日]。这种方法最初是应用于岩石的关节。目前,在使用这种方法岩体的抽样,分层的基本参数定义。然后,参数是安排从小型到大型,分层比例是由使用该参数的四分位数法。所有的统计值分为三个区间,即0 - 25%,25 - 75%,和75 - 100%,在每一层的分布比例的样本是1/4,1/2和1/4。样本容量是在容许误差范围内计算。然后,代表性样品,选择相应的层,和抽样容量最小化,从而使他们能够合理分配。随后,分层抽样方法进一步改进,新形势下被添加到样本层。时的相对范围基本参数小于10%,0% - -100%的区间为统计值,定义和分配比例是1。

总之,一个全面的岩体取样法,结合统计和抽样方法尚未提出。因此,需要建立一种新的抽样方法,以确保平等的样本容量不同的抽样大小,和选择代表性样本,提供一个理论依据研究岩体力学性能的依赖规模大小。

 3所示。基于联合网络模型代表抽样法

不同方法的比较分析的基础上,联合网络模型的代表性的抽样方法是先进的。它的详细步骤如下所述。

3.1。建立一个联合网络模型基于裂隙岩体

联合参数提供了基本数据的统计分析联合网络模型通过收集参数信息,比如跟踪长度、间距、倾角的岩体。在生成联合网络模型,模拟区域设置的大小,也就是说,一个维度的岩体 l × l ,分布形式的联合跟踪长度、间距、倾角是决定。然后,联合中心点坐标 x 0 , y 0 、微量长度 l t 和倾角 θ 转换为联合终点坐标吗 一个 x 1 , y 1 和 B x 2 , y 2 根据公式( 1)。如果任何终点不是在模拟区域,然后联合跟踪和区域边界的交点作为联合终点。联合网络模型图是通过软件编程。 (1) x 1 , 2 = x 0 ± l t 2 因为 θ , y 1 , 2 = y 0 ± l t 2 罪 θ 。

3.2。Series-Size样本统计量

逐步覆盖方法设置广场抽样单位的不同大小和推进空间的正交方向,然后逐渐推进岩体达到适当的采样能力。样本容量的计算公式 N 是 (2) N = l − l 我 Δ d 我 + 1 2 。

3.3。单一尺寸的代表性样本

飞机跟踪长度密度的一个重要参数,描述岩体的内部几何分布,主要代表联合跟踪长度和间距的影响岩体。参数将有一定影响岩体的力学性能。为此,轨道长度的面密度分层的基本参数。这个参数被定义为所有关节的长度包含在岩体的单位面积( 30.]。计算公式如下: (3) l p = l t 1 + l t 2 + ⋯ l t j + ⋯ + l t n l 我 × l 我 , 在哪里 l p 是飞机轨道长度的密度, l t 1 , l t 2 , ⋯ , l t j , ⋯ , l t n 代表每个关节的长度, j 对应的号码是不同的关节。摘要累积像素点的跟踪研究区域的比例转换为飞机跟踪长度、密度的衰减率 l p 将某一多,表示如下: (4) l p 米 = l p 米 , 在哪里 米 对应的像素单位长度。

按照分层抽样方法的操作过程 2.3最小样本容量,计算满足要求,代表样品确保相应的层,和样本分布更加均匀。

新抽样方法的可靠性和可行性验证了采样结果与其他方法进行比较。

 4所示。应用与分析 4.1。收购代表Series-Size岩石样本

岩体的内部关节是复杂多变的,不能被视为一个接一个。目前,统计分布的方法通常是用来建立模型。岩体水平模型建立了考虑岩体宏观裂缝的分布特征。经过几次现场调查,研究小组收集的数据在三个组在矿山边坡岩体关节绍兴,中国(图 4)。几何参数的分布表列出关节 1。一组关节的研究对象,和三组的岩石模型的维度 10 米 × 10 米 通过软件编程,生成如图 5。导出的图片是统一调整 300年 像素 × 300年 像素 利用图像处理技术。

在中国绍兴,矿山边坡。

分布统计信息的几何参数。

联合 间距(m) 跟踪长度(米) 倾角(°)
分布 的意思是 分布 的意思是 方差 分布 的意思是 方差
1 负指数 1.02 正常的 2.47 0.12 正常的 57.8 8.8
2 负指数 0.98 正常的 1.97 0.14 正常的 60.3 9.2
3 负指数 1.05 正常的 1.88 0.09 正常的 29.4 10.1

联合网络模型不同的组:S1;S2;S3。

然后,逐步覆盖方法建议修复9平方抽样单位的大小不同,与抽样大小 l 我 1米、2米…9米,条件下,样本容量的大小是121,和推进的空间 Δ d 我 …是0.9米,0.8米,0.1米的岩石样本采集。所有抽样大小可以完全覆盖所有地区。大小是10米,它是原样品。提出了表的统计信息 2。

样本容量不同的抽样大小的统计数据。

取样大小( 米 × 米 ) 推进空间(米) 样本容量 取样大小( 米 × 米 ) 推进空间(米) 样本容量
1 × 1 0.9 121年 6 × 6 0.4 121年
2 × 2 0.8 121年 7 × 7 0.3 121年
3 × 3 0.7 121年 8 × 8 0.2 121年
4 × 4 0.6 121年 9 × 9 0.1 121年
5 × 5 0.5 121年 10 × 10 0 1

许多样本获得的进步覆盖方法典型地串联采样大小。的 米 是设置为30。统计结果表中列出 3。研究结果显示相对范围减少抽样大小的函数,但当大小是7米,稍微增加的趋势。尺寸是6 - 8 m时,样本容量为4。当大小9米,相对范围小于10%,样品是这里了。然而,当规模很小,样本容量很大。的示意图series-size样本的分布,如S2,如图 6。每个样本大小增加的顺序从左到右,然后从上到下。

分层抽样与不同的抽样大小的统计信息。

取样大小( 米 × 米 ) 相对范围 样本容量 取样大小( 米 × 米 ) 相对范围 样本容量
1 × 1 399.10% 16 6 × 6 36.31% 4
2 × 2 252.77% 8 7 × 7 37.98% 4
3 × 3 148.86% 4 8 × 8 24.73% 4
4 × 4 103.05% 4 9 × 9 8.17% 1
5 × 5 56.17% 4 10 × 10 0% 1

不同大小的样本分布统计信息。

 4.2。不同方法的抽样结果进行比较分析

三个联合网络模型 10 米 × 10 米 生成上面作为例子来比较不同方法的抽样结果。首先,模型大小从1米到10米,和series-size样本通过代表性抽样法,equal-partition抽样方法,进行的放大采样方法,简单随机抽样方法,逐步覆盖方法。第二, l p 计算每个样本的。联合网络模型的采样要求所选样本能够代表抽样大小的内部结构。然后,考虑到代表方法是基于 l p , l p 样本获得的进步覆盖方法是测量值,这种方法和其他方法之间的相对误差。计算公式如下: (5) δ = R P 量 R c R P × One hundred. % , 在哪里 R P 是指 l p 的人口和 R c 是指 l p 的标本。

如图 7,应用不同的方法在不同的裂隙岩体,结果表明,整体的相对误差值进行的放大采样方法和随机抽样大于其他两种方法。然而,由于随机性的随机抽样方法,随机抽样之间的相对误差的方法和其他方法无法判断准确。除了个体大小、equal-partition抽样方法的相对误差和代表性抽样法还不到10%。结果表明,两种方法的相对误差很小,但前者方法有大样本容量当采样体积小,从而提高测试操作的复杂性。因此,代表岩石样本统计抽样法是最好的选择。基于代表性样本,进行抗压强度的测试,然后机械取样分析结果,进一步验证了该方法的适用性。

不同的抽样方法的相对误差应用于裂隙岩体的三组:S1;S2;S3。

 5。结论

考虑到现有的统计和抽样方法,全面代表提出了岩体抽样法,并以实例验证了模型的可行性。主要结论如下:

一种新的抽样方法,包括累进覆盖法和分层抽样法提出了最小化样本容量和使分布更加合理。众多series-size样品采用前者,轨道长度的面密度作为后者的参考价值获得具有代表性的样本

实例分析表明,该方法可以确定更具代表性样品结合的平面密度轨道长度的基础上提供更多的足够的样本,减少计算工作量,并提供一个不同大小的岩石样本抽样的依据。这种方法具有重要意义在研究岩体力学性能的尺寸效应试验规律

评估飞机的密度大小不同的轨道长度,通过不同的方法从联合模型显示,代表抽样法的相对误差几乎完全是低于10%。因此,新的岩体取样抽样方法是有效的

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突,关于这篇文章的出版。

 确认

这项研究部分由浙江省重点研发项目(2019号c03104),浙江省自然科学基金(LY18D020003),中国国家自然科学基金(41572299和41572299号)。

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