基于面样本的完整迹长分布推断方法初探

 假设节理为Poisson圆盘,利用与测窗相交迹线的全迹长推导矩形和圆形测窗下的迹长原点矩估计公式,推导矩形测窗在涵盖无限测窗下的最大迹长时相关迹线个数的估计公式,并提出同心测窗法来估计测窗的合适尺寸。基于三维齐次Poisson点过程的数学特征,给出无限测窗下迹长分布的多项式近似形式和约束条件,并提出完整迹长分布推断方法。编制节理网络模拟程序,采用Monte Carlo方法与理论公式验证迹长原点矩估计公式的正确性及同心测窗法和完整迹长分布推断方法的适用性。     

甘肃北山芨芨采石场岩体节理特征研究

 芨芨采石场是我国高放废物处置库甘肃北山预选区有利候选地段之一。采用综合节理测量法在芨芨采石场进行详细的节理调查，共获得13 012条节理数据。根据芨芨采石场内的断层将该区域初步划分为3个岩体结构均质区和2个断层影响区。基于圆形窗口法原理编制计算程序，分析断层两侧节理的平均迹长和迹线中点面密度的变化，确定断层对节理分布的影响范围，准确划分岩体结构均质区的大小，并得出各均质区节理的平均迹长和迹线中点面密度；采用节理玫瑰花图和节理极点图法，得出各均质区节理的优势组，对各优势组的产状进行统计分析。芨芨采石场的岩体节理以陡倾角的剪节理为主，节理倾向和倾角符合正态分布；统计分析各优势组的节理间距，得出各优势组节理间距符合负指数分布。按照ISRM提出的《岩体不连续面定量描述的建议方法》(1978)，采石场各结构均质区的节理间距都属于宽间距，表明岩体完整性较好。本次研究得到芨芨采石场岩体节理基本特征的定量化参数，为岩体力学和渗流特性的深入研究提供必要的数据。     

岩体轴向抗压强度与变形尺度效应的节理分布影响

 采用相似模拟材料,用预置硫酸纸模拟试件节理,研究5种分形节理岩体的轴向抗压强度和变形的尺度效应,获得同一尺度下岩体强度和变形随节理分形维数变化的试验数据。在分析强度与变形受尺度和节理分布维数单因素影响规律的基础上,建立二维影响关系经验公式。试验结果表明,岩体强度和变形模量均随尺度和节理分形维数的增加而降低,泊松比则随尺度和分形维数增加而增加;试件破坏的总体规律是随尺度和节理分形维数增加,岩石的延性增加,但破坏过程与方式受节理分布的控制。     

基于UDEC岩体抗压强度尺寸效应的数值研究

利用分形理论,结合Monte Carlo方法生成用于数值实验的节理岩体网络图,选取用于数值实验的节理岩体试件,通过离散元软件UDEC模拟不同围压、不同尺寸数值实验试件的抗压强度,对2组正交节理岩体抗压强度随围压和尺度的变化规律进行了研究。研究表明:随着围压的增大,节理岩体试件的抗压强度也随之增大,抗压强度随围压的变化规律呈线性变化趋势,可拟合为线性变化关系;围压作用下,节理岩体抗压强度仍然具有明显的尺寸效应,但随着围压的增大,尺寸效应有一定的削弱,但不明显;随着试件尺寸的增大,节理岩体试件的抗压强度随之减小,抗压强度随尺寸的变化规律呈非线性变化趋势,可拟合为负指数变化关系。并从理论上讨论了提出的数学关系的合理性。     

岩体节理平均迹长估计

分析总结岩体节理平均迹长的估计方法后，扩展了测线法节理平均迹长估计的理论基础。扩展后的测线法在相同的现场节理调查数据下，可更加准确地估计岩体节理的平均迹长。同时指出，采用圆形窗口法平均迹长估计时，假设迹线中点在窗口中均匀分布与实际情况偏差很大，为避免迹线中点不均布的情况必须保证窗口的尺度足够大。随着圆形取样窗口的增大，迹线中点密度在窗口中的变化减小，估计所获得的节理平均迹长的准确度较高。通过现场节理调查获得丰富的节理数据，采用扩展的测线法和圆形窗口法分别估计岩体节理的平均迹长。当圆形窗口的直径与测线法删节长度相等时，扩展测线法和圆形窗口法估计所得的岩体节理平均迹长比较接近，由此可确定研究区域的岩体节理平均迹长。     

三维节理岩体分形维数与RQD相关性研究

 应用三维随机不连续面网络模拟技术对岩体结构统计均质区内的不连续面进行计算机模拟,再现岩体结构,并应用分形理论计算三维节理岩体的分形维数。平行于三维节理岩体网络模型的x,y,z轴布置测线,计算不同阈值下三维岩体的岩石质量指标(RQD)。对获取的分形维数与RQD分析表明,三维岩体RQD随分形维数增大而减小,二者具有良好的线性关系。最后,推导三维节理岩体的分形维数与若干个阈值下RQD的关系式,并根据不同阈值下RQD与分形维数关系曲线的斜率确定合理阈值。     

钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法研究

岩体结构均质区是针对实际工程特点而划定的成果,在实践过程中需要根据具体工程,抓住主要矛盾后,选择最具影响性的要素作为划分依据。针对裂隙岩体渗透特征这一问题,提出了以密度分区法和产状分区法相结合的均质区划分方法。密度分区法采用重叠窗口对密度绝对差这一指标进行比较来分区;产状分区法首先对列联表中实际频数偏差进行了取样偏差修正,然后利用修正数据对相邻区间进行独立性检验来确定裂隙岩体均质区;采用数学原理对两种分区结果综合考虑获得最终的均质区。将此法应用到钻孔裂隙岩体中,并验证了结果的正确性。     

岩体裂缝面数量三维分形分布规律研究

采用计算机仿真的数值试验方法,首先证明了岩体裂隙面数量服从三维分形分布规律这一自然现象。然后根据大量的计算以及理论推演,得到了裂隙面的2个重要的分形参数(分形维数和分形分布初值),以及分形维数DS和分形分布初值NS与二维剖面裂隙迹线分形参数DL,NL的相关关系。即二维分形维数与三维分形维数遵循:DL = DS-1,二维分形维数DL与裂隙面的其他参数无关;二维分形分布初值NL与三维裂隙面的倾角ST,方位角SP遵循投影关系;二维分形分布初值NL与三维分形分布初值NS遵循正比关系:NL = kNS,k值决定与岩体剖面和三维裂隙面的投影关系。实测结果证实了这些关系的正确性。这些结论为研究裂隙岩体的其他物理力学性质奠定了基础。     

断续节理岩体动态疲劳损伤研究

分析了断续节理岩体动态疲劳损伤的复杂性,阐明了疲劳损伤研究的近似处理方法。基于剩余应变强度理论和线性退化准则讨论了断续节理岩体动态疲劳损伤累积过程。研究了岩体破裂概率与疲劳损伤的等效性,建立了疲劳损伤变量与分形维数间的定量关系。最后通过动态疲劳实验验证了结论的正确性。     

等效岩体随机节理三维网络模型构建方法研究

由于目前仍难以将建立的结构面网络模型直接应用于岩体力学行为的分析,构建反映节理真实空间状态的等效岩体模型是岩体工程稳定性分析与计算的研究基础。以内蒙古白云鄂博铁矿东矿为研究背景,通过现场节理测线法调查,运用概率统计理论对节理倾向、倾角、间距和迹长进行统计分析、偏差校正并建立概率分布模型。在此基础上,根据Monte Carlo随机模拟理论并采用Matlab软件,获取节理模拟数据,并通过OPEN GL三维可视化技术构建能充分反映工程岩体节理分布特征的等效岩体随机节理三维网络模型,模拟结果与实测数据具有良好的统计相似性。该研究成果可为等效岩体技术所利用,并为后续开展节理岩体变形特性、强度特性、尺寸效应、各向异性、表征单元体积(REV)、关键块体识别、开挖效应、破裂机理等量化分析研究奠定基础。     

Estimation of joint length distribution using window sampling

One of the most difficult procedures in statistical joint modeling is the determination of the joint length distribution. In this study, a window sampling method was adopted to estimate the trace length distribution for the Poisson disc joint model. Four kinds of equations were derived for estimating the trace length distribution from contained or dissecting trace length distributions in a rectangular or circular window. The equations were tested for accuracy through Monte Carlo simulation and their efficiencies for estimating the trace length distribution were compared. This new technique using window sampling was compared with the method using a semi-trace or complete trace length distribution from scanline sampling. A numerical technique for determining the diameter distribution from the trace length distribution was also suggested. To check the validity of this numerical method, it was applied to solving four example cases and their results were compared with theoretical solutions.     

Estimating the intensity of rock discontinuities

This paper presents an approach for estimating the intensity of discontinuities and formulating intensity and orientation as a fracture tensor. Specifically the size distribution and the number of discontinuities are estimated first, from which the fracture tensor is then derived. Discontinuity size distribution is inferred from the trace data sampled in circular windows by using a general stereological relationship between the true trace length distribution and the discontinuity diameter distribution assuming circular shaped discontinuities. Because the measured trace lengths are biased, a method is proposed to estimate the true trace length distribution for circular window sampling. Circular window sampling has the advantage of automatically eliminating the orientation bias when estimating the true trace lengths. A method is then presented with which the total number of discontinuities in an objective volume can be estimated from the number of discontinuities observed in normal-size boreholes and using the inferred discontinuity diameter from the circular window sampling on the rock surface. With the derived size distribution and number of discontinuities, the intensity of discontinuities, which is the total surface area of discontinuities per unit volume, can then be calculated and included in a new definition of a fracture tensor. An application of the approach to analyze simulated discontinuities produces satisfactory results.     

岩体节理平均迹长和迹线中点面密度估计

在现场节理调查中，采用圆形窗口直接进行节理调查并不实用。将所有的迹线类型设计成统一的数据结构，读取现场测量的数据；然后在生成的节理迹线图上布置圆形取样窗口。根据测量数据的具体情况调整圆形取样窗口的位置、数量和半径，同时判断并记录每个圆形取样窗口对应的各种迹线类型的数量。利用圆形窗口法原理。在估计节理迹线平均长度的同时计算出节理迹线中点面密度。对于实际测量数据，节理迹线中点并非均匀分布，选择恰当的圆形窗口位置和半径，才能得出合理的结果。采用同心圆法和相切圆法对岌岌采石场岩体节理的平均迹长和迹线中点面密度进行估计，分析表明采用相切圆法能够得出稳定且具有一致性的结果。利用该法计算出中国高放废物处置库甘肃北山预选区域岌岌采石场断裂两侧露头的平均迹长和迹线中点面密度，分析断裂对两侧岩体节理影响的范围。     

结构面密度计算法及其应用

提出了一种估计结构面面密度与体密度的新方法。这一方法的优点是不需要有测窗上结构面的出露这长数据，有效地减少了结构面量测的工作量。根据与测窗的交接关系，结构面一般分为三种形式。由每一形式结构面中点出露于测窗内的概率，将实际所测的结构面总数（包括中点在测窗外的结构面数）修正为测窗内的中点数。据此计算出结构面在该测窗上的面密度，进而由结构面与测窗的空间关系，计算出任意产状的岩体剖面上结构面的面密度和结构面体密度。最后将该方法应用于三峡水利枢纽永久船闸区花岗岩岩体结构分析中，并给出部分分析结果。     

节理平均迹长与统计窗选位关联性分析

 目前常用的统计窗迹长估算方法多假定节理中心在各向服从均匀分布,即认为统计窗的布置点位对平均迹长估算结果无影响。而实际上节理作为漫长地质演化过程的产物,受多期地质建造、构造综合作用,使得其形态及规模已发生较大的改变,呈现典型的地质韵律特征,若随机布置统计窗点位将会产生截然不同的迹长估算结果。为研究节理迹长与统计窗选位的关联性,以大岗山水电站地下主厂房区为例,首先对厂房区下游边墙节理组进行地质演化过程分析,确定厂房区优势节理组为辉绿岩脉及其节理影响带。接着以岩脉?81及其影响带为代表,对其发育地质韵律特征予以详细研究,藉此提出统计窗布置点位、尺寸及估算方法建议。最后采用5种统计窗估算法对研究区各区段节理迹长进行对比分析。研究发现：节理估算迹长与统计窗选位存在较强的关联性,不同的节理发育特征及统计窗布置点位适合于不同的节理组迹长估算方法,在应用统计窗法估算节理迹长时,需充分考虑优势节理发育规律,合理选择统计窗位置,尽可能将不同类型的节理包含其中,使之同时体现切割、交接、包含3种关系,并选取适合于本统计窗的迹长估算方法。     

Distribution-free method for estimating size distribution and volumetric frequency of rock joints

A method for estimating joint size distribution and volumetric frequency using three kinds of joint traces in a sampling window is proposed. The concept of joint center volume is proposed, which is defined by the shapes of the joints and a sampling window, joint size, and trace length. This method can be applied to general cases of joint survey and joint geometry including relatively small sampling windows compared with the joints, and any shape of joints such as circles, ellipses, rectangles or other polygons. The suggested method is a distribution-free estimation method, as it does not require any assumption of the joint size distribution type, or even of an upper limit on the joint size distribution.     

岩体随机不连续面三维网络数值模拟技术

岩体随机不连续面三维网络数值模拟技术是近年来逐步发展起来的一项新技术 ,该技术对坚硬块状节理化岩体的稳定性评价 ,及岩土工程设计几何参数的获取是一项重要的基础工作。该技术是在现场不连续面窗口调查的基础上 ,应用概率统计、随机理论、蒙特卡罗模拟及计算机编程等方法 ,通过对现场测量样本的产状、迹长、间距等的偏差校正 ,最终生成不连续面三维网络数值模型。     

《混凝土耐久性检验评定标准》JGJ/T193-2009简介

行业标准<混凝土耐久性检验评定标准)JGJ/T 193-2009已经发布,自2010年7月1 日起实施.基于本标准的编制背景,首次提出混凝土耐久性的等级划分的两种情况.阐述了检验中的抽样方法和检验频率,同时采用偏于安全取值的准则进行评定.并归纳总结了需要进一步研究的工作.