采样间隔对节理充填度评估及岩体抗剪强度预测的影响与优化方法

《Scientific Reports》：A tolerance-based framework for optimizing profile sampling intervals in joint infilling assessment and shear strength prediction

　　

摘要

准确评估节理充填度对于可靠估算岩体抗剪强度至关重要。尽管通常遵循国际岩石力学学会（ISRM）的建议，即采用总取样长度2%作为采样间隔（?L），但该具体指南的经验依据仍然有限。本研究系统考察了这一关键方法参数——剖面采样间隔?L——对充填度（λ）评估的影响，及其对抗剪强度预测的连带作用。通过对充填节理复制品的直接剪切试验，以及对500个不同?L值下37条天然节理剖面的综合分析，识别出耦合参数λ的明确"间隔效应"，其特征表现为一个稳定阶段和随后的波动阶段。统计分析揭示，预先设定的λ最大允许误差与对应的最大允许采样间隔（?L_max）之间存在强线性相关关系。研究建立了一个保守的下限线性模型，用于在实际应用中确定?L_max。通过预测抗剪强度进行验证，结果表明使用这些优化间隔所获得的精度与传统ISRM 2%规则相当，而在一个代表性案例中可将所需剖面线数量减少约55%。这表明，对于某些节理形态而言，固定的2%间隔可能过于保守。所提出的框架提供了一种基于性能准则选择?L的数据驱动方法，从而为提升充填度评估效率提供了一条实用途径。