工程巖體非貫通結構面識別及其確定方法
2023-04-30 13:28:16
專利名稱：工程巖體非貫通結構面識別及其確定方法
技術領域：
本發明屬於土木工程中巖土工程技術領域，涉及一種工程巖體非貫通結構面識別及其確定方法。
背景技術：
巖體不是均質的，而是由許許多多的滑動面、裂隙、節理、弱面、夾層以及斷層(統稱為結構面)等組成的非均質各向異性和非連續的複合結構體。結構面按其貫通與否，可分為貫通結構面和非貫通(斷續)結構面。如果某組結構面連續且貫通整個巖體，是構成巖體、巖塊的邊界，則該結構面稱為貫通結構面；如果巖體中某組結構面斷續發育，或者與其結構體相互切割時並未將巖石完全割離，則稱該組結構面為非貫通結構面。非貫通結構面巖體的破壞和失穩最終都是通過巖體內部結構面的張開、閉合和擴展而產生的貫通而滑移所引起的。在這些貫通滑移面上除了結構面外一般都包含新發生破壞的完整巖石-通稱巖橋。巖體的破壞通常是由結構面和巖橋共同破壞組成的。由於巖橋的存在使非貫通結構面巖體的受力及破壞特徵都發生了質的變化:結構面端部應力高度地集中，將導致脆性斷裂破壞；整體的破壞特徵表現為由原生結構面和自結構面端部擴展的巖橋斷面所組成的複合破壞。眾所周知，塊體理論是假定巖體結構面為平面、結構面切割而成的塊體為剛體，塊體失穩為脫離巖體或沿結構面產生滑動等平動模式，不考慮塊體和結構面變形、開裂，利用幾何學法分析不同開挖面上可能出現的可移動塊體類型及失穩模式。經典的塊體理論從幾何學而言，理論是完備的、封閉的，主要根據結構面的產狀等參數直接判斷相應巖體的可動性。然而從工程施工現場的實際情況來講，它還存在著許多的局限性，例如圖1(a)所示，結構面②是一條非貫通結構面，因為巖橋的存`在，劃分的塊體是不可移動的，是穩定的。但是，實際上在施工擾動等外力作用下，結構面可能會發生的張開、閉合和擴展而產生貫通，就會出現如圖1(b)的情況，劃分的塊體就是可移動塊體，進而可能成為巖體破壞的關鍵塊體。可見，識別出工程巖體中的非貫通結構面，並採用合理有效的處理方法，使得塊體理論的研究更加完善，更好的分析工程的穩定性就顯得尤為重要。
發明內容
本發明的目的在於本發明針對現有塊體理論研究無法搜索出因巖橋貫通而滑移的關鍵塊體的問題，提出了一種工程巖體非貫通結構面識別及其確定方法，並充分考慮巖橋傾角、結構面摩擦係數、圍巖壓力、連通率和結構面傾角對非貫通結構面擴展貫通行為的影響，給出了非貫通結構面在三維網絡模擬時是否應該連通的判別準則。更好的完善了塊體理論的研究。其技術方案為:一種工程巖體非貫通結構面識別及其確定方法，包括以下步驟:(I)利用3GSM數字攝像測量技術和鑽孔攝像技術調查施工現場的結構面信息；
(2)識別出所有的非貫通結構面，並利用下式計算其貫通係數，找到貫通係數小於I的非貫通結構面；^ = 3.294x10 5(/ -91.59)2 + 0.2215e" -0.163& - 9.681X IO 3 Z +1.399 x IO'4 (a - 42.44)2 +0.8252(3)利用下式計算出貫通係數小於I的所有非貫通結構面的貫通強度，找到貫通強度小於實際強度且數值最小的那一組結構面，將這組結構面作為連通的結構面考慮；^ = [3.294xl0-5(^-91.59)2 十0.2215Z -0.1636e.a2- 9.681χ10'3Ζ+1.399 χ IO-4 (α - 42.44)2 + 0.8252J7(4)重複步驟(2) (3)，直到所有的非貫通結構面都分析結束；非貫通結構面識別相關的巖橋貫通判斷相關原始碼見附件。(5)根據分析處理的結果建立工程巖體三維可視化塊體分析模型，利用自行開發的GeoSMA-3D巖體工程穩定性分析軟體(該軟體技術已經開發相對成熟，可以聯繫第一發明人直接獲得)進行穩定性分析，搜索出的工程中可能滑落的塊體關鍵塊體，從而準確地搜索出因巖體內部結構面擴展貫通而滑移的關鍵塊體，更充分準確地分析工程的穩定性。本發明與現有技術相比的有益效果本發明提供的工程巖體非貫通結構面識別及其確定方法，基於巖橋貫通準則的塊體理論分析搜索出的工程中可能滑落的關鍵塊體更為精準和全面。
圖1為背景技術劃分塊體的結構面示意圖；圖2為計算結果與統計結果的誤差圖；圖3為本發明工程巖體非貫通結構面識別及其確定方法流程示意圖；圖4為邊坡信息採集示意圖，其中圖4(a)為左視圖，圖4(b)為右視圖；圖5為傳統塊體理論分析結果圖，其中圖5(a)結構面三維模型，圖5 (b)搜索出的關鍵塊體，圖5 (a)中虛線表示模型中結構面跡線位置；圖5(13)中粗線黑框部位表示結構面模型中搜索出的關鍵塊；圖6為基於巖橋貫通準則的塊體理論分析結果圖，其中圖6(a)結構面三維模型，圖6(b)搜索出的關鍵塊體，圖6(a)中虛線表示模型中結構面跡線位置；圖6(b)中粗線黑框色表示結構面模型中搜索出的關鍵塊體。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的技術方案作進一步說明。
本分析方法的具體實施和論證I非貫通結構面的識別方法基於現場節理巖體結構面產狀調查、測量結果，提出對現場調查結構面數據，添加空間數值模型中，初步搜索非貫通結構面，開展下列處理工作:(I)結構面信息調查和表徵；現場結構面信息採集(包括產狀、傾向、傾角、走向、長度等信息)，將這些信息輸入到空間數值模型中，進行表徵(確定性結構面信息直接輸入、非確定性結構面信息根據統計規律表示)。(2)結構面編號:在空間模型中對表徵的所有結構面進行編號，比如現場調查回來10條結構面，我們有了這10條結構面從I 10的編號以及相應的幾何參數。(3)非貫通結構面識別:以編號為I的結構面為基礎數據，看編號為2的結構面是否和I可以構成非貫通結構面，只要看二者法向量叉積是否為零，如果為零就命名為編號I組結構面，同時計算出兩結構面內部尖端之間的距離，利用連通率公式L =(結構面I的長度+結構面2的長度)/ (結構面I的長度+結構面2的長度+巖橋的長度(也就是兩結構面內部尖端之間的距離))計算。如果不為零，則繼續判斷編號為3的結構面是否和I可以構成非貫通結構面，以此類推直至編號10的結構面也判斷完。(4)對編號結構面逐條識別:下一步再以編號2的結構面為基礎數據，判斷1、3 10是否與其構成非貫通結構面，再以此類推都判斷結束後，再剔除掉重複的非貫通結構面。(5)確定非貫通結構面，具體確定方法如下:
2非貫通結構面的確定方法本研究將貫通強度(非貫通結構面巖體在巖橋貫通時的強度)作為判別非貫通結構面是否應該連通的判別指標。當外荷載達到貫通強度時，認為兩結構面應該連通，反之，不連通。從目前的研究手段來看，要想準確的獲得非貫通結構面的巖橋貫通強度是非常困難的。反之，對含非貫通結構面巖體的峰值強度研究較多，相對比較容易獲得。因此，只要找到貫通強度與峰值強度之間的內在聯繫，即可輕鬆的獲取貫通強度。基於這個思路，本研究引入貫通係數變量，用來描述二者之間的關係。貫通係數定義為貫通強度與峰值強度的比值，如式(I)所示。
權利要求
1.一種工程巖體非貫通結構面識別及其確定方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)利用3GSM數字攝像測量技術和鑽孔攝像技術調查施工現場的結構面信息； (2)識別出所有的非貫通結構面，並利用下式計算其貫通係數，找到貫通係數小於I的非貫通結構面；J = 3.294xl0'5(^-91.59)2 +0.2215e^ -0.163&'σ2-9.681XIO'31 +1.399 x IO'4 (a - 42.44)2 +0.8252 (3)利用下式計算出貫通係數小於I的所有非貫通結構面的貫通強度，找到貫通強度小於實際強度且數值最小的那一組結構面，將這組結構面作為連通的結構面考慮；j = [3.294xl0.5(^-91.59)2 +0.2215e" -0.1636 Γσ2-9.681 XIO3 L +1.399 xlO'4 (a-42.44)2 + 0.8252J7 (4)重複步驟(2)(3)，直到所有的非貫通結構面都分析結束； (5)根據分析處理的結果建立工程巖體三維可視化塊體分析模型，進行穩定性分析，搜索出的工程中可能滑落的塊 體關鍵塊體，從而搜索出因巖體內部結構面擴展貫通而滑移的關鍵塊體。
全文摘要
本發明公開一種工程巖體非貫通結構面識別及其確定方法，(1)利用3GSM數字攝像測量技術和鑽孔攝像技術調查施工現場的結構面信息；(2)識別出所有的非貫通結構面，並計算其貫通係數，找到貫通係數小於1的非貫通結構面；(3)計算出貫通係數小於1的所有非貫通結構面的貫通強度，找到貫通強度小於實際強度且數值最小的那一組結構面，將這組結構面作為連通的結構面考慮；(4)重複步驟(2)(3)，直到所有的非貫通結構面都分析結束；(5)根據分析處理的結果建立工程巖體三維可視化塊體分析模型。本發明基於巖橋貫通準則的塊體理論分析搜索出的工程中可能滑落的關鍵塊體更為精準和全面。
文檔編號G06F17/50GK103093041SQ20131000533
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月8日 優先權日2013年1月8日
發明者王述紅, 郭牡丹, 張世超, 倪勇, 王存根, 昝世明, 榮曉洋, 高軒麟 申請人:東北大學