關(guān)于巖體結(jié)構(gòu)的N個(gè)知識(shí)點(diǎn)與研究方法
發(fā)布時(shí)間：2020-07-10
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來(lái)源：歐美大地
天然巖體，從宏觀上來(lái)說(shuō)，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?cè)趲r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(shí)，還反映了區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和自然應(yīng)力場(chǎng)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(lái)看，可認(rèn)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(rèn)為是有地質(zhì)力學(xué)的屬性，即由地質(zhì)的特點(diǎn)而決定其力學(xué)性質(zhì)，其力學(xué)屬性被認(rèn)為部分屬非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的范疇。
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(gè)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(shí)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。
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(jiàn)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(yùn)動(dòng)強(qiáng)度密切相關(guān)。
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(lái)加以推算，故一般只用傾向、傾角來(lái)表示，表示方法一般為傾向<傾角。
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(zhǎng)、線連續(xù)性系數(shù)和面連續(xù)性系數(shù)表示。
結(jié)構(gòu)面與勘測(cè)面交線的長(zhǎng)度，稱為跡長(zhǎng)。國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM，1978年) 制訂的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)下表)。
是指沿結(jié)構(gòu)面延伸方向上，結(jié)構(gòu)面各段長(zhǎng)度之和與測(cè)線長(zhǎng)度的比值。
是指結(jié)構(gòu)面延伸方向，結(jié)構(gòu)面面積之和與被測(cè)試巖體總面積的比值，即
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(biāo)表示。
線密度 Kρ ：是指結(jié)構(gòu)面法線方向單位測(cè)線長(zhǎng)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(dāng)巖體上有n組方向的結(jié)構(gòu)面時(shí)
則沿測(cè)線x上的n組結(jié)構(gòu)面間距為：
ISRM (1978年)結(jié)構(gòu)面密度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)下表）。
傳統(tǒng)上對(duì)結(jié)構(gòu)面的研究通常采用羅盤、尺子等工具到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。這種方法既費(fèi)力氣又費(fèi)時(shí)間，而且對(duì)于一些難以進(jìn)入的場(chǎng)地，獲取數(shù)據(jù)是非常困難的，甚至是危險(xiǎn)的。
基于這些考慮，工程技術(shù)人員開(kāi)發(fā)出了ShapeMetrix 3D巖體三維成像及統(tǒng)計(jì)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(tái)標(biāo)定的照相機(jī)，從兩個(gè)不同的角度來(lái)對(duì)指定的區(qū)域進(jìn)行成像，然后輸入計(jì)算機(jī)中合成三維模型。
利用相機(jī)從兩個(gè)方向上采集兩張照片，輸入到軟件內(nèi)。
將兩個(gè)已經(jīng)建好的模型載入到軟件內(nèi)，可以進(jìn)行拼接。
將做好的模型，載入分析模塊中?？梢源_定任一點(diǎn)的GPS坐標(biāo)，也可以確定任意結(jié)構(gòu)面的傾向、傾角、走向、長(zhǎng)度、大小、面積、體積、高差等參數(shù)。
可以對(duì)這個(gè)模型進(jìn)行赤平投影分析和節(jié)理圖分析。
可以以多種格式輸出模型，如VRML、DXF、OBJ、TXT、EXCEL等。
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