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。     

北山预选区新场地段岩体节理几何特征及评价

 准确分析和评价BS17,BS18和BS19钻孔周边岩体节理几何特征,是我国高放废物处置北山预选区新场地段场址筛选及适宜性评价的重点内容和关键步骤之一。通过现场调查、数理统计和概率分析等方法,对该地区的岩体节理几何特性进行研究,结果表明：(1) 各钻孔均发育4个节理优势组,尤以NE向和NW向最发育;(2) 节理倾角以陡倾角的剪节理为主,节理产状服从正态分布函数,节理间距可用负指数函数进行有效拟合;(3) 节理平均间距宽,迹长长,中点面密度小。基于岩体节理在高放废物处置库工程安全运行中的重要性。采用 法对岩体节理发育特征进行综合评价,发现新场地段3个钻孔周围岩体节理发育程度轻微、区域差异性小、岩体完整性好,断层对其两侧岩体的节理发育有促进作用,研究结果可为北山预选区处置库场址筛选和场址适宜性评价提供必要的数据支持。     

断层影响带的发育规律及其力学成因

 断层影响带的发育规律和范围是高放废物处置库选址和设计的重点内容之一。采用现场测量和图表分析等方法,研究断层两侧节理平均迹长和中点面密度与距断层距离之间的变化规律,结果表明：(1) 平均迹长随断层距离增加而变大,中点面密度随断层距离增加而变小,且变化特征均符合负指数函数形式;当距离超过断层影响带宽度 ,节理平均迹长和中点面密度均稳定在某一值附近波动。据此将断层影响带分为严重破坏区I和影响区II两个区域;(2) 断层类型不同,断层影响带大小和发育规律存在显著差异,其中,正断层最小,平移断层次之,逆断层最大;平移断层两盘的影响带近似呈对称分布,而正断层和逆断层呈上盘宽、下盘窄的不对称分布。此外,断层影响带宽度与断层长度之间服从幂函数形式。分析认为：呈现上述变化特征和发育规律的原因主要是岩性和形成断层时的力学机制不同。研究结果对岩体结构面均质区划分、地下水分布和处置库设计等具有重要的工程指导意义。     

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。     

岩体结构均质区划分的体视学方法研究初探

 基于随机点过程理论和体视学的观点,采用Poisson圆盘模型并结合测窗揭示的迹线信息,提出测窗内迹线中点为二维Poisson点过程的岩体结构均质区划分判据,采用Monte Carlo方法验证此判据的正确性;考虑节理密度和节理产状的影响,推导尺度–数量关系公式,并在特定区间呈现出分形,进而给出岩体结构均质区划分的分形判据;采用Lyman公式验证尺度–数量关系公式的正确性并给出2个均质区划分判据的具体实施步骤。编制节理网络程序,采用Monte Carlo方法验证具体实施步骤适用性,根据锦屏水电站3#试验洞的地质调查数据验证尺度–数量关系的存在性和判据的实用性。     

单测线法估算随机节理迹长的数值技术

由于现场条件的限制，有时只能采用单测线法来估算随机节理的真实迹长，即随机节理迹长取样偏差的纠正。为了更准确地估算随机节理的真实迹长，建议首先采用随机节理优势组数的概率统计划分方法，将测线法获得的随机节理进行优势组数划分；获取每一条随机节理的观测迹长和每一组节理的平均观测迹长；应用概率统计的方法求得每一组节理迹长的概率分布密度特征函数；最后，采用半迹长估算法来实现各组随机节理的迹长取样偏差，获得了较符合实际的成果。     

岩体节理大小估算新方法研究

 节理大小主要指节理空间延伸范围,对于节理泊松圆盘模型,节理大小可以用圆盘直径表示。Warburton的方法需要先假设直径的分布形式,理论上正确,但并不实用。不假定节理直径的可能分布,提出一种新的方法估算节理直径分布,该方法在已知节理迹长分布基础上,通过设定不同节理直径平均值初值,计算相应节理直径分布,得到不同节理直径平均值初值和数值计算节理直径平均值之间的相对误差。分析相对误差与节理直径平均值初值之间的相互关系,当误差为0时,得到数值计算最佳节理直径平均值,从而获得相应节理直径分布。采用节理直径负指数和对数正态分布2种理想分布来验证数值方法的有效性,结果理论节理直径平均值和数值计算节理直径平均值之间的相对误差很小,且节理直径分布和理论节理直径分布一致。通过理论节理直径平均值和标准差变化对数值方法进行参数分析,研究数值方法计算节理直径分布的适用性。在节理直径平均值较大而标准差较小条件下,利用数值方法,所得节理直径分布更加准确。利用该数值方法研究节理直径分布简便实用。将该方法应用于我国高放废物处置库预选区甘肃北山芨芨采石场结构均质II区,获得该区岩体节理直径分布。     

基于WLSM的多参数裂隙岩体统计均质区划分

岩体统计均质区的划分一直是岩土工程领域研究的重要课题。大多学者采用产状或者其它单一参数划分岩体统计均质区,却很少有人考虑多参数进行划分研究。考虑了产状、间距、张开、迹长和粗糙度共5个参数,提出了一种划分裂隙岩体统计均质区的新方法,即采用权的最小平方法确定参数的权重并用相关系数法计算研究区裂隙各个参数之间的相关性,从而确定均质系数以此实现对裂隙岩体统计均质区的划分。通过工程实例即云南省马吉水电站左岸坝肩某一高程相邻4个平硐的岩体结构统计均质区划分,分析了多参数对裂隙岩体统计均质区划分的影响。研究结果表明:裂隙岩体统计均质区划分与裂隙产状、间距、张开、迹长和粗糙度等因素有关并成功划分了研究区的统计均质区,证明了该方法的可行性。     

节理间距对柱状节理玄武岩隧洞稳定的影响研究

在提出一种改进的包含节理间距的柱状节理模型的基础上,针对节理间距、节理倾角、围压三者联合作用对柱状节理岩体应力–应变曲线、岩体强度的影响进行了深入的研究。研究结果表明:(1)节理间距增大至一定程度时,其岩体强度等于岩块强度;节理间距减小至一定程度时,其岩体强度等于遍布节理强度;(2)节理间距对岩体应力–应变曲线的3个阶段均有较大影响,弹性变形、屈服强度和残余强度,均随着节理间距的增大而增大;(3)当围压增高时,节理间距导致的岩体劣化特征减弱,到达岩块强度和遍布节理强度的节理间距均减小;(4)当某一节理面倾角小于45°-φ/2或者大于45°-φ/2时,岩体不沿节理面破坏,即使改变节理面间距,其强度也不发生变化;而当节理面倾角大于45°-φ/2小于45°-φ/2时,岩体沿节理面发生破坏,并且随着节理面间距的增大,强度增大;(5)一类柱状节理可以按照遍布节理模型来考虑,但是二类、三类柱状节理由于节理间距较大不能按照遍布节理来考虑,而应采用本文所提出的包含节理间距的柱状节理模型。     

新疆阿奇山地段岩体节理特征研究

我国高放废物处置库新疆预选区的阿奇山地段是有利候选地段之一。本次在阿奇山地段进行详细的地质节理调查,以地表露头及采石坑内的节理为主要对象,通过现场节理调查取得节理数据,共测得3680条节理数据。进行节理几何特征的概率分析,对岩体赋存的结构条件进行有效、准确的描述和定量分析,准确地确定岩体节理的分布。由结果可以看出阿奇山地段的岩体节理以陡倾角的剪节理为主,且节理倾向和倾角符合正态分布规律,节理间距用负指数分布规律很好表示,阿奇山地段各区域的节理间距属于宽间距,由此表明此地段岩体完整性较好。本次研究得到阿奇山地段岩体节理基本特征参数,为高放废物深地质处置库的选址、概念库设计以及进行核素迁移规律研究提供翔实的资料。     

柴胡栏子矿采场围岩质量评价及力学参数预测

为评价柴胡栏子金矿的采场围岩质量和预测其力学参数,采用测线法详细地对矿山的主要回采中段进行节理裂隙调查,分析得出,岩体的节理裂隙不发育,节理间距较大,整个岩体较完整;三中段有1组比较明显的以北西为主的节理优势面,倾向以南西方向的节理居多,另1组次节理优势面为东南方向,倾向为北东方向,而且倾角集中在65°~85°;四中段和五中段的节理裂隙比较分散,但有一组比较明显,以北西为主的节理优势面,倾向以南西方向的节理居多,而且倾角集中在72°~89°;从采场各中段围岩节理裂隙调查和岩性2个方面确定采场围岩属于Ⅱ,岩体质量较好;从岩石单轴抗压强度、地质强度指标、岩石材料参数和开挖影响因子4个参数综合考虑,获得了岩体的强度和变形参数。     

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。     

开采沉陷中的岩体节理效应

根据节理受剪破坏和受拉破坏的特点，结合断裂力学，推出了节理岩体的损伤张量，编制了节理损伤有限元程序ＴＷＯＤ，进行了开采沉陷的计算机模拟计算，表明岩体中节理的存在使地表移动量增大，且下沉、水平移动曲线不对称。基于模拟数据，给出了下沉系数及水平移动系数与节理迹长、倾角、密度之间的关系式，为实际应用中考虑节理的影响提供了实用程序和方法。     

基于力学等效的岩体关键节理迹长阈值研究

为了在复杂节理网络中获得关键节理,为结构面选择性测量提供科学定量标准,实现节理网络的简化,以迹长为变量研究关键节理迹长阈值。采用3D打印技术,并根据Monte Carlo理论制备随机节理网络模型,浇筑成100 mm×20 mm×100 mm平板试样,在单轴压缩作用下对类岩体完整性系数、强度、变形和能量特性进行了分析,基于节理岩体力学等效原理,研究确定关键节理的迹长阈值。研究结果表明：(1)节理迹长是影响试样力学特性的核心要素之一。当剔除小于某一长度节理时,试样强度、变形和能量特性均无显著变化。(2)基于主成分分析和高斯混合模型聚类算法,建立节理岩体力学等效分析方法,实现鉴于多种力学参数岩体质量分类,进而对比力学不等效试样节理网络差异,形成一套关键节理迹长阈值研究方法。(3)综合考虑9种物理力学参数,认为试样边长的19%为关键节理的迹长阈值,对试样力学特性影响显著,为未来人工智能分析节理岩体工程如何科学取舍节理提供理论依据。     

一种基于结构面密度的岩体结构均质区划分方法

根据结构面发育的主要特点以及工程实际需要，合理选择划分岩体结构均质区的岩体参数是必要的。在某些特殊情况下，选择结构面密度作为划分均质区的依据更为合适。为此，提出了一种基于结构面密度的岩体结构均质区划分方法，即密度分区方法，并通过对西南某大型水电站工程侧裂结构面的密度分区，证明了该方法的可行性。该方法简单、直观、易于操作，有很强的推广实用价值。     

基于遍布节理模型的断层破碎带隧道稳定性研究

因地质条件的复杂性,导致节理、断层、裂隙等弱面较为发育,致使隧道围岩稳定性研究中很难全面考虑各弱面对稳定性的影响。文章通过引入遍布节理模型,同时考虑岩块和节理属性,使研究更为符合岩体状态和工程实际,详细探明了TBM隧道在穿越不同节理倾角和不同节理间距的断层破碎带时,其围岩的稳定性及安全性的变化规律,为施工的安全快速进行提供参考。研究表明,断层破碎带中节理倾角越大或者节理间距越小,对隧道围岩所造成的不良影响越大。     

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。     

卡方检验在裂隙岩体统计均质区划分中的应用研究

岩体统计均质区的研究一直是岩土工程中的重要问题。在基于随机数学的基础上,充分考虑了不连续面的产状（倾向、倾角）、迹长、张开度、起伏状态,通过列联表卡方检验法,验证对比样本之间的显著性差异与否,以此实现了对裂隙岩体的统计均质区的划分。研究区域统计均质区为 18 ～ 90 m 和 108 ～ 144 m 。 由于岩体不连续面分布的不均匀性,造成了统计均质区分布随研究空间的变化而产生明显的差异,通过改变对比样本之间的空间布局,验证了统计均质区空间效应的存在性,并在基于空间效应的基础上进行了统计均质区的划分,计算得出研究区域统计均质区为 18 ～ 57 m 和 108 ～ 144 m 。     

裂隙岩体渗透张量计算及其表征单元体积初步研究

基于三维节理网络模拟技术,应用渗流能量叠加原理,推导节理岩体渗透张量的理论计算公式,在此基础上提出裂隙岩体渗透表征单元体积的确定方法。该方法考虑空间节理的具体分布和连通情况,同时根据节理的开度变化和立方定理又可分析应力场对渗透张量的影响,可方便、有效地进行裂隙岩体渗透特性的分析。随后讨论节理迹长、间距、开度、产状和组数等结构面几何特征对岩体渗透特性及表征单元体积的影响。最后采用上述方法,以拉西瓦水电站右岸岩体为例,计算工程岩体的渗透张量,并分析渗透表征单元体积大小及地应力对其渗透特性的影响。研究结果在工程设计中具有应用价值。     

节理摄影分析及其在安大略省爱德华王子县的应用

节理摄影分析技术能以可靠的精度高效率地量测出节理的方向、迹线长度、节理间距并给出统计数据和玫瑰图;本文在大范围内检验并发展了这一技术.在加拿大安大略省南部的爱德华王子县所做的工作表明,该地区有两组主要节理:一组走向在300°—310°(SE—NW)范围内,另一组走向在60°(NE)左右.与野外验证及他人的结果相比,节理摄影分析是可靠的,并具有更高的精确度。本文首次得到了一套尽管粗略却有系统的节理组内间距(within-set spacing)和测线与节理交点间距(line-intersect spacing)的数据,把这些数据与节理方位数据结合起来,可以为进一步研究本地区的应力和断层作用提供一个基础.本文所述的工作表明,摄影分析技术有广阔的用途。