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歐美大地 原位測試
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關(guān)于巖體結(jié)構(gòu)的N個知識點與研究方法
發(fā)布時間:2020-07-10 瀏覽次數(shù):39892 來源:歐美大地
 
 

天然巖體,從宏觀上來說,它是由節(jié)理或裂隙切割成一塊一塊的、互相排列與咬合著的巖塊所組成的。巖體中往往具有明顯的地質(zhì)遺跡,如不整合、褶皺、斷層、節(jié)理、劈理、解理、層埋、片理等。它們在巖體力學(xué)中一般都統(tǒng)稱為節(jié)理。由于節(jié)理的存在,造成了巖體介質(zhì)的不連續(xù),因而,這些界面又稱為不連續(xù)面或結(jié)構(gòu)面。它造成了巖體的不連續(xù)性和各向異性,同時,還反映了區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和自然應(yīng)力場的特征。

 

由于巖體中有結(jié)構(gòu)面的存在,使巖體與完整巖石的力學(xué)特性之間有很大的差異。從巖體的力學(xué)屬性來看,可認為完整的巖體屬連續(xù)介質(zhì)力學(xué)范疇;而碎屑巖體或糜棱巖體則屬土力學(xué)范疇;介于上述二者之間的裂隙巖體或破裂巖體,也統(tǒng)稱節(jié)理巖體,因它受節(jié)理切割的影響,可認為是有地質(zhì)力學(xué)的屬性,即由地質(zhì)的特點而決定其力學(xué)性質(zhì),其力學(xué)屬性被認為部分屬非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的范疇。

 

 

巖體結(jié)構(gòu)

巖體結(jié)構(gòu)是指巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的空間排列組合特征。巖體結(jié)構(gòu)包括兩個基本要素或稱結(jié)構(gòu)單元,即結(jié)構(gòu)體(巖石)和結(jié)構(gòu)面。

在《巖土工程勘察規(guī)范(GB 50021-2001)》中,將巖體結(jié)構(gòu)劃分為5大類。目的:弄清巖體中結(jié)構(gòu)面的情況及其力學(xué)屬性,建立符合實際工程巖體的地質(zhì)力學(xué)模型。

 

 

 

 



結(jié)構(gòu)面(亦稱弱面):巖體內(nèi)存在的各種地質(zhì)界面,包括:不連續(xù)面和物質(zhì)分異面,如裂隙、節(jié)理、層理、軟弱夾層、斷層及斷裂破碎帶等。

 

結(jié)構(gòu)面的分級

 

巖體中的各種結(jié)構(gòu)面依其本身的產(chǎn)狀,彼此組合將巖體切割成形態(tài)不一、大小不等以及成分各異的巖石塊體,稱為結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體的大小及形態(tài)主要取決于結(jié)構(gòu)面的密度及其空間組合關(guān)系。結(jié)構(gòu)體常見的形狀有:塊狀、柱狀、層狀、板狀、碎塊狀及碎屑狀;結(jié)構(gòu)體的形狀與巖石類型有關(guān);結(jié)構(gòu)體的形狀還與區(qū)域構(gòu)造運動強度密切相關(guān)。

 

 

  【 結(jié)構(gòu)面的幾何特征 】  

01

結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀

結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀主要包含三方面內(nèi)容:

走向:是指結(jié)構(gòu)面與水平面相交的交線方向;

傾向:是與走向成垂直的方向,它是結(jié)構(gòu)面上傾斜線最陡的方向;

傾角:是指水平面與結(jié)構(gòu)面之間所夾的最大角度。

由于走向可根據(jù)傾向來加以推算,故一般只用傾向、傾角來表示,表示方法一般為傾向<傾角。

 

02

結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性

結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性又稱為結(jié)構(gòu)面的延展性或貫通性,常用跡長、線連續(xù)性系數(shù)和面連續(xù)性系數(shù)表示。

 

跡長

結(jié)構(gòu)面與勘測面交線的長度,稱為跡長。國際巖石力學(xué)學(xué)會(ISRM,1978年) 制訂的分級標準(見下表)。

 

線連續(xù)性系數(shù)Kl

是指沿結(jié)構(gòu)面延伸方向上,結(jié)構(gòu)面各段長度之和與測線長度的比值。

 

面連續(xù)性系數(shù)Ka

是指結(jié)構(gòu)面延伸方向,結(jié)構(gòu)面面積之和與被測試巖體總面積的比值,即

 

03

結(jié)構(gòu)面的密度

結(jié)構(gòu)面的密度是指結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密集程度,常用線密度、間距等指標表示。

線密度 Kρ :是指結(jié)構(gòu)面法線方向單位測線長度上交切結(jié)構(gòu)面的條數(shù)(條/m);

間距d :是指同一組結(jié)構(gòu)面法線方向上兩相鄰結(jié)構(gòu)面的平均距離。兩者互為倒數(shù)關(guān)系,即

當巖體上有n組方向的結(jié)構(gòu)面時

則沿測線x上的n組結(jié)構(gòu)面間距為:

n組結(jié)構(gòu)面的密度為:

ISRM (1978年)結(jié)構(gòu)面密度分級標準(見下表)。

 

 

  【 結(jié)構(gòu)面的研究方法 】  

 

傳統(tǒng)上對結(jié)構(gòu)面的研究通常采用羅盤、尺子等工具到現(xiàn)場進行測量,然后對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。這種方法既費力氣又費時間,而且對于一些難以進入的場地,獲取數(shù)據(jù)是非常困難的,甚至是危險的。

基于這些考慮,工程技術(shù)人員開發(fā)出了ShapeMetrix 3D巖體三維成像及統(tǒng)計分析系統(tǒng),使得巖體結(jié)構(gòu)分析的工作變得得心應(yīng)手。

 

 

 

 


ShapeMetriX3D是一套全新的巖體三維成像系統(tǒng)。采用一臺標定的照相機,從兩個不同的角度來對指定的區(qū)域進行成像,然后輸入計算機中合成三維模型。

ShapeMetriX3D工作過程大概如下

 

利用相機從兩個方向上采集兩張照片,輸入到軟件內(nèi)。

 

將兩幅圖片中心重合,劃定頂線和底線。

 

即可生成三維模型

 

選定模型分界線。

 

將兩個已經(jīng)建好的模型載入到軟件內(nèi),可以進行拼接。

 

可以指定某一個面作為參考面。

 

將做好的模型,載入分析模塊中??梢源_定任一點的GPS坐標,也可以確定任意結(jié)構(gòu)面的傾向、傾角、走向、長度、大小、面積、體積、高差等參數(shù)。

 

可以自動生成等高線圖。

 

可以對這個模型進行赤平投影分析和節(jié)理圖分析。

 

可以對體積進行計算。

 

可以以多種格式輸出模型,如VRML、DXF、OBJ、TXT、EXCEL等。

 

可以采用多圖片方式,快速生成三維模型。

 

可以以多種模式查看模型。

 

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