岩块卸荷效应与工程岩体质量评价

工程岩体质量评价是地下洞室工程选址、设计必须回答的主要工程地质问题,在许多常用的岩体质量评价方法中,岩体的完整性指数是一个重要评价指标,而由于岩芯卸荷效应和室内、原位波速测试的频率差异方面的原因导致岩体完整性指数不能够准确的表示岩体的完整程度,有时甚至会产生岩体完整性指数大于1的不合理的现象。论文针对以上问题开展岩块波速应力关系相关的试验,研究岩块的波速应力关系,提出岩块卸荷指标和频率修正系数2个因子对岩体完整性指数计算公式进行修正,进而对国标BQ岩体质量分级法进行改进。最后将改进的BQ岩体质量分级法在黄岛地下水封石油洞库工程中进行应用,评价结果表明场区绝大部分岩体质量都为I级或II级。     

基于MRMR的自然崩落法可崩性综合评价研究

岩体的可崩性是决定自然崩落法成败的关键,旨在建立一套基于三维地质统计学方法的矿岩可崩性评价体系。采用距离幂次反比法将钻孔采取的地质信息三维空间数字化,采用3DMine数值计算平台构建基于MRMR岩体质量评价体系的三维数字化模型,从宏观方面评价岩体可崩性区域分布;结合工程类比及崩落块度预测,形成一套矿岩可崩性综合评价体系;最后,将该评价方法应用于Don Javier矿区自然崩落法可崩性评价研究。研究结果表明,该评价体系能够满足自然崩落法岩体可崩性评价分析的需要;Don Javier矿区1 800~2 400 m的MRMR均值为56.4,矿体Ⅲ级中等可崩,初始拉底面积约为15 000 m2;预测Don Javier矿区的崩落块度在0.06~2.95 m3范围,侧面验证了可崩性评价结果的合理性。     

矿体可崩性区域化评价模型研究

在考虑可崩性区域化评价需要的基础上,选择了完整岩石强度、RQD值、节理间距、节理摩擦角等指标作为可崩性区域化评价的指标体系,并重点讨论了这些指标的数据采集和计算方法。在应用MicroMine软件平台建立整个矿体的三维块段模型的基础上,应用地质统计学的方法对每个块段的评价指标值进行估值,并根据每个块段的评价指标值利用RMR指标估计整个区域的可崩性级别。研究目标是开发一个在三维环境下用来预测矿体可崩性分布的工具。金川III矿区矿岩可崩性分级表明矿岩可崩性属于中等偏上,与生产实际相符,在生产中可应用该方法进行矿岩可崩性分级工作。     

基于岩芯图像深度学习的矿山岩体质量精细化评价

矿山工程为了获取准确的资源储量而进行的地质钻探往往会获取大量的岩芯图像,从中提取岩体结构信息进行岩体质量评价具有现实的工程意义。目前人工对钻孔岩芯进行岩石质量指标RQD的编录方法效率低下且受主观因素影响,为此首先使用Mask-RCNN深度学习实例分割网络从钻孔岩芯图像中自动识别出单排岩芯,进而从单排岩芯中识别出长度大于等于10 cm的岩芯段,进行RQD的计算;然后结合钻孔信息与地质模型,使用普通克里金插值得到可表征RQD非均匀性的块体模型,实现对岩体质量的精细化评价。乌山铜钼矿的应用结果表明深度学习方法可以准确地从岩芯图像中计算出RQD,同时地质统计学的使用可以有效地对岩体质量进行精细化表征,提出的方法在矿山工程中具有广泛的应用前景。     

基于云模型和组合赋权的岩体质量二维评价模型

坝基岩体质量综合评价是一个多因素协同影响效应的系统过程,针对评价过程中存在的问题,引进云模型、投影寻踪法、层次分析法及模糊熵理论,提出一种基于云模型和组合赋权的岩体质量二维评价模型。该模型依据岩体质量评价指标体系及分级标准,计算各评价指标隶属于不同质量等级的云模型参数;基于层次分析与投影寻踪法求解各指标的组合权重;代入岩体实测资料,得到待评岩体隶属于各质量等级的综合确定度;以模糊熵E作为辅助参评量,结合等级评价共同构建岩体质量的二维评价模式。最后将模型应用到某水电站坝基岩体质量评价中,将评价结果与其他评价方法进行对比分析,结果表明该模型运用于岩体质量评价有效可行,且评价结果直观,为岩体质量评价提供了一条新途径。     

线性岩体质量评价方法应用研究

岩体质量评价方法是半定量~定量的评价方法,多依赖一定的测试试验数据或需要较多的现场统计数据。本文根据线性岩体质量LRQ评价方法在福建省屏南后垄一级水电站工程的应用,依托地质工程统计与模型原理,得出其岩体质量评价标准,是一种特别适合中小型工程岩体质量评价的简单、经济、有效的评价方法。     

裂隙岩体质量三维精细分级S-RMRmbi方法及可视化

传统岩体质量分级方法级别较少,其评分标准常呈阶梯状,应用于裂隙岩体质量评价时,其精度无法满足岩体质量出现复杂多变情况时的评级要求,使得同级别岩体质量可能出现显著差异,因此有必要将岩体质量级别做进一步精细分级处理,并为评价岩体工程稳定性和制定支护方案提供依据。基于前期开展的岩体质量RMR_mbi分级方法和结构均质区三维分显研究工作,以广西铜坑矿锌多金属矿体3^#矿块为试验区,进行RMR_mbi质量评级;结合综合模糊判别理论,提出岩体质量精细分级S-RMR_mbi方法,对试验区分级结果做进一步细化;并以均质区三维分显模型为载体,借助3DMine可视化功能,构建岩体质量精细分级可视化模型;从定性以及定量两方面对RMR_mbi和S-RMR_mbi法进行对比分析后,进一步提出与精细分级后的岩体相对应的支护方案。研究结果表明:(1)质量5级分档对凸显裂隙岩体质量层次性效果不够理想,基于综合模糊判别理论的岩体质量精细分级S-RMR_mbi方法有效细化了岩体质量分级结果;(2)赋有S-RMR_mbi分级属性值的各均质区及重组模型展示了岩体质量的空间分布特征;(3)S-RMR_mbi和RMR_mbi两分级结果模型显示其岩体质量分布状况大体一致,基于相似度的两方法λ12值为0.999 2,验证了S-RMR_mbi分级方法的合理性;(4)精细化分级后的岩体可采取更为细致、有效的支护手段。研究成果对于提升裂隙岩体质量评价精度与制定具体施工方案具有重要的指导作用。     

基于克里金方法的岩体波速可视化模型研究

介绍了普通克里金方法的基本原理,分析了岩体波速的空间变异特征,统计了岩体波速的概率分布特点,应用GOCAD软件对岩体波速进行三维空间插值,得到岩体波速的空间连续表达。研究表明岩体波速具有空间变异的特征,波速空间依赖性中等偏弱。三维可视化模型将岩体波速的空间分布可视化表达出来,以岩体波速三维可视化模型进行工程地质分析,使得地质解释可视化、定量化,提高了地质判断的准确性。     

可拓学理论在洞室岩体质量评价中的应用

将可拓工程方法与洞室岩体质量评价相结合,从洞室工程的角度选取能够反映岩体综合工程特性的参数进行评价。在物元理论、可拓集合论和关联函数运算的基础上,建立了洞室岩体质量评价的物元模型。通过实际洞室岩体质量等级的关联度计算,对石牌岭公路隧道岩体质量进行了可拓学评价,将评价结果与以往的“RMR”评价方法的评价结果对比分析,认为洞室岩体质量的可拓学评价能够较准确地反映洞室岩体的工程特性。     

基于钻孔测试的岩体抗剪强度参数取值方法及其工程应用

针对岩体抗剪强度参数取值问题,提出一种利用钻孔测试成果获取岩体抗剪强度参数新方法和新途径。该方法首先建立岩体地质强度指标GSI值与岩体基本质量指标BQ值、岩块饱和单轴抗压强度、岩块天然纵波波速的数学关系式,而后采用钻孔电视对钻孔岩体进行分段。在此基础上,利用钻孔声波和室内岩芯试验等测试成果计算得出相应岩段的BQ值及GSI值。最后,运用Hoek-Brown强度准则,得到每段岩体的抗剪强度参数。经工程应用并对比现场岩体剪切试验结果,本方法在确定岩体抗剪强度参数上具有较好的可靠性。     

Influence of data analysis when exploiting DFN model representation in the application of rock mass classification systems

Discrete fracture network (DFN) models have been proved to be effective tools for the characterisation of rock masses by using statistical distributions to generate realistic three-dimensional (3D) representations of a natural fracture network. The quality of DFN modelling relies on the quality of the field data and their interpretation. In this context, advancements in remote data acquisition have now made it possible to acquire high-quality data potentially not accessible by conventional scanline and window mapping. This paper presents a comparison between aggregate and disaggregate approaches to define fracture sets, and their role with respect to the definition of key input parameters required to generate DFN models. The focal point of the discussion is the characterisation of in situ block size distribution (IBSD) using DFN methods. An application of IBSD is the assessment of rock mass quality through rock mass classification systems such as geological strength index (GSI). As DFN models are becoming an almost integral part of many geotechnical and mining engineering problems, the authors present a method whereby realistic representation of 3D fracture networks and block size analysis are used to estimate GSI ratings, with emphasis on the limitations that exist in rock engineering design when assigning a unique GSI value to spatially variable rock masses.     

基于三维裂隙网络的RQD尺寸效应与空间效应的研究

 岩石质量指标(RQD)是岩土工程与地质工程中的重要概念,在岩体性质分析中起到了重要作用,但RQD存在着明显的尺寸效应与空间效应,这在以后岩体工程设计计算中并没有引起充分的重视。为研究RQD的空间效应,采用三维裂隙网络模拟方法模拟现场真实岩体,并在模型中设立大量测线获取岩体中不同位置的RQD值。结果表明,岩体中不同位置的RQD值并不相同,存在明显的空间效应。为获取可整体代表岩体好坏程度的RQD值,需在大量RQD样本的基础上进行分析。另外,为更好地体现岩体的非均质性,研究不同阈值下的RQD范围,最终确定可充分反映待分析岩体的最佳阈值,为4 m。尺寸效应是RQD参数的重要性质,通过改变测线长度的方法探讨RQD在不同尺度下的变化情况。总结、提出RQD的计算模型与公式,即：A-A模型、T-T模型、A-A-S模型、Priest-Hudson公式与Senz-Kazi公式。分别研究与对比不同模型下RQD的尺寸效应,结果表明,采用A-A-S模型可充分减少尺寸效应带来的RQD的计算误差;当阈值较大时,Priest-Hudson公式与Senz-Kazi公式存在一定的误差,基于三维裂隙网络模拟的方法进行RQD的计算将会更为准确。     

锦屏I级水电站坝基岩体块度指数量化取值分析

 依托于锦屏I级水电工程,以实测资料为基础,系统地运用参照对比方法、数理统计分析方法和相关关系推导方法,对岩体块度指数的量化取值进行分析研究,确立整体状、块状、次块状、镶嵌、碎裂结构岩体块度指数分级临界值。它们与以往的工程相比,既具有共同性,也存在一定的差异性。因此,锦屏岩体块度指数的量化取值研究成果丰富了该领域的研究内容。所利用的研究方法,对岩体结构其他指标的确定具有借鉴意义。     

Three-dimensional modeling of borehole data cored from engineering rock mass

Vast data from the drilling and geophysical prospecting are reliable original information to describe the space state of engineering rock mass, and one of the main difficulties in three-dimensional (3D) modeling of engineering rock mass is the processing of the primary data. From the view-point of 3D modeling, the engineering rock masses are classified as four basic types according to their geometric characteristics of geologic structure: (1) continuum rock mass; (2) discontinuous rock mass; (3) overturned fold rock mass and (4) intrusive rock mass. Because drilling data are very important to describe the characters of multi-scale of the spatial data for rock mass, the rule of how to process drilling data is developed to help appropriately display them in the viewpoint of 3D space. According to the characteristics of rock mass layers, the processing method of drilling data for 3D modeling of engineering rock masses, along with the layer thicknesses, is also proposed, including the evaluation rules and the extensive direction for original borehole data. By this method, the typical 3D data modeled is completed and the model form of the engineering rock mass is developed. By this example, it is finally verified that the method presented is successful and feasible to process 3D engineering rock mass. __________ Translated from Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(11): 1 821–1 826 [译自: 岩石力学与工程学报]     

Multiscale hierarchical analysis of rock mass and prediction of its mechanical and hydraulic properties

Engineering geological and hydro-geological characteristics of foundation rock and surrounding rock mass are the main factors that affect the stability of underground engineering. This paper presents the concept of multiscale hierarchical digital rock mass models to describe the rock mass, including its structures in different scales and corresponding scale dependence. Four scales including regional scale, engineering scale, laboratory scale and microscale are determined, and the corresponding scale-dependent geological structures and their characterization methods are provided. Image analysis and processing method, geostatistics and Monte Carlo simulation technique are used to establish the multiscale hierarchical digital rock mass models, in which the main micro- and macro-structures of rock mass in different geological units and scales are reflected and connected. A computer code is developed for numerically analyzing the strength, fracture behavior and hydraulic conductivity of rock mass using the multiscale hierarchical digital models. Using the models and methods provided in this paper, the geological information of rock mass in different geological units and scales can be considered sufficiently, and the influence of downscale characteristics (such as meso-scale) on the upscale characteristics (such as engineering scale) can be calculated by considering the discrete geological structures in the downscale model as equivalent continuous media in the upscale model. Thus the mechanical and hydraulic properties of rock mass may be evaluated rationally and precisely. The multiscale hierarchical digital rock mass models and the corresponding methods proposed in this paper provide a unified and simple solution for determining the mechanical and hydraulic properties of rock mass in different scales.     

汤屯高速公路顺层岩质边坡变形机制分析及治理对策研究

通过对汤屯高速公路顺层边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC^3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡处于滑移弯曲–滑移拉裂复合型滑坡的初始阶段,边坡的变形受层间软弱夹层及岩体结构控制作用明显,坡体中上部块体沿层间软弱夹层产生滑动,受下部岩体约束,在坡体最薄弱部位–开挖面附近产生弯曲变形;受弯曲部位推力作用,第一级边坡碎裂岩体中逐渐产生剪切滑动面,并与弯曲部位岩体中滑移切出面贯通,最终破坏。基于变形机制分析的治理措施将重点放在控制碎裂岩体和潜在剪出口的变形上,监测结果表明,边坡达到稳定性要求。     

基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法

 对于线路工程上具有普遍性的岩质边坡,因数量多,范围广,工程勘察深度相对较浅。依据规范的测试和试验,建立一种基础性岩体质量评价方法,实现边坡工程岩体分级,并根据行业要求与经验提出支护措施,对提高岩质边坡工程设计与施工的科学性无疑具有重要的意义。针对现有的《工程岩体分级标准》(GB50218-94)没有涉及边坡工程岩体分级,在深入研究和系统消化边坡工程岩体分级成果基础上,提出基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法(简称BQ-RSlope方法)。该方法在岩体基本质量指标基础上,考虑控制边坡稳定性的主要结构面类型与延伸性、结构面产状与坡面间关系以及边坡内地下水发育程度等影响因素,对岩体基本质量指标进行修正,由此确定边坡工程岩体级别,并给出各级别边坡工程岩体自稳能力的评价。结合4个边坡工程10个坡段的应用性验证,表明依据文中方法获得的各边坡坡段的岩体质量分级以及该基于质量指标对边坡稳定性的评价结果与工程实际总体相符,提出的依据BQ的岩质边坡工程岩体分级方法是合适的。     

一种确定节理岩体残余强度参数方法的探讨

 岩体的地质强度指标(GSI)集中考虑岩体结构和结构面表面特征2个方面的因素,已被广泛地应用于岩体强度参数与变形参数的计算中。在GSI系统的基础上,采用残余GSI量化评价方法,通过对峰值地质强度指标GSI进行折减,以得到残余地质强度指标 ,据此来计算节理岩体的残余强度参数。首先,结合岩体分类指标法(RMi),在 和 的基础上探讨残余岩块体积 和残余节理条件系数 取值的确定方法;然后,由 和 计算出 ,据广义Hoek-Brown准则计算出节理岩体的残余强度参数,重点对4种典型岩体的残余强度取值进行分析,讨论残余岩体体积对岩体残余强度参数的影响;最后,通过对岩体原位剪切实验数据和一桥墩承台开挖边坡的稳定性反分析,证实基于 指标的节理岩体残余强度参数确定方法的合理性和可靠性,为节理岩体残余强度参数的确定提供一条新的思路。     

工程岩体三维构模中钻孔数据处理方法

钻探、物探等工程地质勘察数据是揭示工程岩体空间状态的原始数据,其大量原始数据的处理是工程岩体三维构模中存在的主要困难之一。从三维构模的角度出发,将工程岩体按几何特征抽象为连续性岩体、断裂岩体、倒转褶皱岩体和侵入岩体4种结构单元类型。由于钻孔数据是描述工程岩体的重要原始数据,且具有多尺度性的特点,以钻孔数据为例,提出原始数据的纵向概化准则、横向概化准则和纵横向协调准则的处理方法,解决工程岩体多尺度显示问题。根据地质学的地质数据解释方法,结合岩层层状分布的特点,提出工程岩体三维构模中急需的钻孔数据处理方法:原始数据纵向概化准则和原始数据层处理概化方法。利用层处理方法对实测钻孔数据进行概化处理,确定工程岩体所对应的结构单元类型,进而建立组合结构工程岩体三维模型,验证了所提出的钻孔数据处理方法的可行性。     

范各庄煤矿砂岩岩体结构数字识别及参数表征

 借助先进的3GSM三维岩体不接触测量技术,对范各庄煤矿12煤底板砂岩岩体结构面进行现场测量,获取一系列真实描述岩体宏观结构的数字图像,提取节理几何形态空间分布信息,建立三维岩体结构面空间分布模型。在此基础上,得到砂岩岩体结构面联通网络,基于离散介质渗流方法和现场水文试验数据,建立岩体水力学参数表征方法,得到宏观岩体水力学参数,并分析参数的尺寸效应,实现岩体结构参数(几何形态)数字信息与水力学参数的定量表征有机衔接,为范各庄煤矿12煤底板砂岩岩体结构稳定性分析和突水危险性评价提供更加真实、可靠的数据支持。