分形理论在岩体结构面方面的应用

介绍了分形理论、岩体结构面的基本概念,以及分形理论在岩石结构面方面的应用,探讨了用岩体结构面分布的分维数作为岩体质量评价的定量指标及分形理论在确定岩体地质结构面粗糙系数方面的应用,并简要讨论了目前研究存在的问题。     

基于分形几何理论的岩体结构面分布特征研究

基于分形理论和现场岩体结构面调查，对岩体结构面进行了统计分析，网络模拟和分形维数计算，探讨了分形维数据和结构面分布密度程度之间的关系，并将分形维数应用于矿山工程岩体的质量评价。     

分形理论在岩体质量评价中的应用及分级指标值的确定

为了更全面的评价岩体质量,克服传统的岩体质量等级分级方法如RQD,RMR和BQ等未考虑岩体中的节理、裂隙的不足,根据岩体结构面的自相似特征,应用分形理论来对其进行研究．运用盒计维数法对某地下工程岩体结构面分布的分形维数进行计算,验证了岩体结构面分布的分形特征．对计算结果数值分布的规律分析发现,分形维数越大,岩体质量越差,表明岩体结构面分布的分形维可以作为评价岩体质量的指标．并通过分维数D与RQD,RMR和BQ的拟合,给出岩体质量分级指标D值,从而提出一个以岩体结构面分形维数为分级指标的岩体质量评价方案．     

岩体结构面几何特征的分形研究

在采集安庆铜矿结构面实际统计数据的基础上，应用分形豆腐对岩体结构面的几何特征（包括间距、迹长）进行了分析，结果表明，结构面向何特片呈现出很强的自相似性。应用分形模型比以往工程上的统计概型更能反映结构面分布的本质特片。     

基于分形理论的岩石质量评价

为了揭示地质数据的内在关系,深层次地反映节理岩体的工程地质特点,分析讨论了岩体结构面的分形特征,提出了一种利用分形分布、节理密度、岩石质量指标RQD和结构面间距分布形式的联系来评价岩体质量的方法。研究表明,分维数D能够弥补方法CSIR在评价岩体质量中的某些不足,可以作为岩体质量评价的一个定量指标。     

岩体节理面的分形与分维研究

应用分形几何理论对岩体节理进行描述，求得了节理的分维数df，并建立了节理分维数df与其粗糙度JRC的关系。有了节理的分维数就可方便的进行节理的分类及强度计算，这比传统的用JRC描述节理更具有实际意义。     

结构面抗剪强度的分形几何研究

将分形几何学引入到岩体结构面粗糙度和抗剪强度研究中，使结构面粗糙度和抗剪强度的估算更客观，并进一步指出了测算结构面分维的有用模型应该是自仿射分形而不是目前广泛应用的自相似分形。     

岩体结构面粗糙度系数的三维表征与评价

岩体结构面粗糙度系数(JRC)的测量与评价在矿山建设、洞室开挖、灾害防治等领域至关重要。以往基于单条或多条轮廓线的二维JRC评价方法无法全面反映岩体结构面的粗糙度。基于岩体结构面直接剪切试验,借助三维激光扫描与建模分析等技术手段,就岩体结构面粗糙度系数的三维评价方法进行了系统研究。结果表明:①岩体结构面三维粗糙度表征参数按物理意义可划分为倾角型、面积型、高度型和体积型4类;②部分三维粗糙度表征参数(θs,θg,θ2s,SsT,SsF,Van,Zsa,Zrms,Zrange)与JRC系数具有较高的相关性,其他参数(Zss,Zsk,Vsvi,Vsci,Sdr,Sts)与JRC系数相关性较差;③基于高度型、体积型三维粗糙度表征参数的JRC评价方法不受结构面扫描间距的影响,基于倾角型、面积型三维粗糙度表征参数的JRC评价方法受结构面扫描间距的影响较大;④工程实践中,建议采用高度型三维粗糙度表征参数快速评价岩体结构面JRC系数。     

分形理论在岩体质量评价中的研究

准确进行岩体质量评价对矿石开采具有重要意义。以蚕庄金矿为工程背景,通过ShapeMetrix 3D进行节理扫描,合成节理产状分布图,并采用分形理论对节理分布规律进行研究,推导出能够反映岩体质量评价的分形维数D,从而得出岩体的结构面具有自相似性。结合现有分级方法的分级结果,与分形维数D拟合,得出其拟合关系均具有较强的线性关系,当分形维数D越小,岩体的稳定性越强,其中Q系统分级结果与分形维数D的拟合程度最高,RQD分级结果与分形维数D的拟合程度最低。研究表明,当分形维数小于1.5时岩体质量较好,分形维数大于1.5时岩体质量一般。因此,采用分形维数判断岩体质量具有较强的实用性,能够成为岩体质量分级的一种定量方法,对矿山岩体稳定性分析具有指导作用。     

岩体特征分析

分析了岩体的自然特征、损伤断裂特征和分形特征，主为岩体是一种具有损伤断裂和分形特征的、由结构面和结构体组成的、附存于一定地质环境中的预应力体。     

巴顿结构面抗剪强度公式在马来西亚沐若水电站的运用

利用回弹仪测取结构面的硬度,估算其单轴抗压强度JCS;利用钢卷尺测算结构面的起伏度,估算其粗糙度JRC;运用Barton提出的结构面抗剪强度公式计算出沐若水电站建坝岩体中缓倾角硬性结构面的抗剪强度值.     

露天矿边坡岩体结构面调查及渗透特性分析

该文通过现场岩体节理测量与调查，建立了较为符合实际的岩体结构面几何参数概率模型；运用蒙特卡洛法，生成二维岩体结构面网络图，最后根据网络图，计算了岩体的渗透张量。     

兰山采场南帮边坡岩体结构面探讨

通过对兰家火山露天矿边坡岩体中结构面的探讨,论述了不同类型的结构面对边坡稳定性的影响程度,从而阐述了露天边坡开展岩体结构面调查研究的重要性。     

安庆铜矿-400m以下岩体质量评价与分析

根据矿体开采要求,通过岩体工程地质调查(岩体构造调查、结构面产状统计)和质量综合评价(岩石坚硬程度、完整程度、基本质量分级、工程岩体质量级别划分)对安庆铜矿1#矿体-400m以下岩体质量进行综合评估,结果表明:岩体结构面可以分为5组,最发育结构面组优势产状与F1断层一致;开采最佳轴线方向为28°方位,重要工程(采场、凿岩硐室等)一般垂直矿体走向布置,属于稳定性有利方向;四种主要岩体属于坚硬或较坚硬岩,完整性程度较好,工程岩体级别为III级。所得岩体质量评价结论可为矿山后期开采提供基础数据支撑。     

三维激光扫描技术在岩体结构面几何参数获取中的应用

岩体结构面几何参数传统获取方法是使用地质罗盘和直尺进行现场获取,但是该方法存在效率低、难度大等问题,为了有效解决该问题,本文引入三维激光扫描技术到岩体结构面几何参数获取中,大幅提高了岩体结构面几何参数获取的效率。为了验证该技术的有效性,选择国内某矿山边坡进行现场扫描,对扫描获取的点云数据进行预处理后,利用结构面识别和分组方法,快速地提取了岩体结构面并统计了结构面的倾向、倾角、迹长等信息,为后续边坡稳定性计算提供了有效的结构面几何参数。     

利用地质构造调查方法确定裂隙岩体爆破最小抵抗线方向

利用地质构造调查方法,找出裂隙岩体在结构面切割作用下形成的菱形体,确定菱形块体最短轴方向为岩体爆破最小抵抗线方向,该方法已在矿山生产中得到实际应用,能有效改善爆破效果,可为类似裂隙岩体爆破工程确定最小抵抗线方向提供指导。     

晋城无烟煤结构面剪切参数的试验测定与估算方法

为研究晋城无烟煤的煤体结构面剪切强度及相关参数,通过对取自寺河煤矿3号煤层的含结构面煤体试样进行不同法向应力下的直剪试验,并对结构面形貌进行三维摄影测量,得到了剪切强度的试验值及估算值。试验结果表明:在低法向应力水平下,煤体结构面的法向刚度取值为13. 0～39. 2 GPa/cm,剪切刚度取值为3. 1～26. 6 GPa/cm,中等法向应力水平下,煤体结构面的法向刚度取值为13. 8～62. 0 GPa/cm,剪切刚度取值为4. 3～18. 2 GPa/cm,煤体结构面黏聚力平均值0. 67 MPa,峰值摩擦角平均值37°,同时结构面法向刚度、剪切刚度、剪切强度都随法向应力增大而增大,实验结果可为数值模拟中参数的选取提供一定参考。对比估算剪切强度值与试验剪切强度值表明,运用JRC-JCS模型能较好的预测煤体结构面剪切强度。     

爆破地震波作用下含断层结构面高陡边坡动力响应分析北大核心

为了防止白马铁矿及及坪采场含断层的岩质边坡受爆破振动作用发生失稳,利用小波分析对现场监测点爆破地震波进行频谱能量分析,得到断层影响下高陡边坡爆破振动波传播规律,同时根据实际边坡建立边坡模型,分析在爆破振动作用下边坡断层岩体劣化效应对边坡动力响应及损伤规律的影响。结果表明:1)当爆破地震波在含断层结构面的高陡边坡中传播时,断层结构面对爆破地震波在边坡中的传播规律影响显著;2)爆破振动波在断层岩体区域传播时,断层岩体力学强度对振动波的传播有明显的影响,断层力学强度越低,对振动波的传播阻隔效果越明显。断层岩体力学强度的劣化加速了爆破振动波传播的衰减;3)不同断层岩体参数劣化工况下爆破振动下边坡损伤有明显变化,随着断层岩体力学强度的劣化,边坡抵抗变形能力减弱。