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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

一种估计结构面迹长的新方法及其工程应用

为了研究结构面迹长与其产状之间的概率关系。根据结构面交切测量窗口的几何条件与交切频度之间的概率关系，拓展了H-H迹长估计方法。建立了结构面平均迹长与其在测量窗口中视倾角的关系表达式。在此基础上,结合Laslett迹长估计方法，提出了广义H-H迹长估计方法，进一步完善了H-H方法，并通过工程实例证明了其正确性。该方法使用简单方便，有很高的推广价值。     

应用单元劈裂法模拟三维内嵌裂纹扩展

 对于岩石内嵌裂纹很难通过物理试验进行研究,在应用有限单元法模拟内嵌裂纹扩展时,三维节理面建模、网格划分以及节理扩展后的网格处理一直是难点问题。为简单、高效地分析含有内嵌型不连续面的节理岩体的破坏模式,利用三维单元劈裂法来解决这一问题。单元劈裂法是利用四面体单元的几何性质来构造的一种特殊的四结点节理单元。当有裂纹穿过四面体单元时,位于裂纹两侧的结点可形成3或4个接触点对,由此推导出劈裂单元的刚度矩阵。采用该方法模拟内嵌裂纹扩展时,可以不用考虑节理岩体的几何完整性,而直接对整个岩体进行网格划分。因而一些单元则被内嵌裂纹相切,对于与裂纹相切的单元采用劈裂单元刚度矩阵,而其余单元则采用常规单元刚度矩阵。由此免去了单独设置三维节理单元的麻烦以及为设置节理单元而不断改变网格划分方案的麻烦。这种优势在裂纹数目较多时尤为突出,非常适合节理岩体计算。通过对内嵌椭圆裂纹扩展模拟并与相关物理试验做对比,得出该方法能够再现三维内嵌裂纹扩展的基本特征,说明该方法是有效的。     

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。     

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。     

基于平均迹长修正新方法的岩体三维连通率及抗剪强度参数计算

 岩体结构面连通率是反映结构面延伸程度和连通状况的一个重要参数,是确定裂隙岩体抗剪强度指标的关键和分析边坡稳定性的前提。对三维连通率的求解方法及其在估算抗剪强度参数中的应用进行探讨,在考虑结构面迹长和迹线与统计窗边线的交角均遵循一般概率分布类型的基础上,从概率统计角度推导出窗口法中结构面平均迹长的估算公式。利用基于平均迹长修正公式的三维结构面网络模拟方法对贵阳市鱼简河水利工程导流洞进口的岩体结构面进行模拟,在其三维可视化模型的基础上求得模拟区内不同截面的三维连通率,并利用三维连通率结果估算出岩体的综合抗剪强度参数。计算结果表明：该模拟区内岩体总体连通性较好,各向异性明显,70°～80°∠20°～40°范围内的截面为危险截面,最大连通率为0.914 3,最小黏聚力和内摩擦角分别为1.135 MPa和25.7°,工程建设中应予以重视。     

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。