关于岩体结构的N个知识点与研究方法
发布时间:2020-07-10
 
 

天然岩体,从宏观上来说,它是由节理或裂隙切割成一块一块的、互相排列与咬合着的岩块所组成的。岩体中往往具有明显的地质遗迹,如不整合、褶皱、断层、节理、劈理、解理、层埋、片理等。它们在岩体力学中一般都统称为节理。由于节理的存在,造成了岩体介质的不连续,因而,这些界面又称为不连续面或结构面。它造成了岩体的不连续性和各向异性,同时,还反映了区域地质构造和自然应力场的特征。

 

由于岩体中有结构面的存在,使岩体与完整岩石的力学特性之间有很大的差异。从岩体的力学属性来看,可认为完整的岩体属连续介质力学范畴;而碎屑岩体或糜棱岩体则属土力学范畴;介于上述二者之间的裂隙岩体或破裂岩体,也统称节理岩体,因它受节理切割的影响,可认为是有地质力学的属性,即由地质的特点而决定其力学性质,其力学属性被认为部分属非连续介质力学的范畴。

 

 

岩体结构

岩体结构是指岩体中结构面与结构体的空间排列组合特征。岩体结构包括两个基本要素或称结构单元,即结构体(岩石)和结构面。

在《岩土工程勘察规范(GB 50021-2001)》中,将岩体结构划分为5大类。目的:弄清岩体中结构面的情况及其力学属性,建立符合实际工程岩体的地质力学模型。

 

 

 

 



结构面(亦称弱面):岩体内存在的各种地质界面,包括:不连续面和物质分异面,如裂隙、节理、层理、软弱夹层、断层及断裂破碎带等。

 

结构面的分级

 

岩体中的各种结构面依其本身的产状,彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等以及成分各异的岩石块体,称为结构体。结构体的大小及形态主要取决于结构面的密度及其空间组合关系。结构体常见的形状有:块状、柱状、层状、板状、碎块状及碎屑状;结构体的形状与岩石类型有关;结构体的形状还与区域构造运动强度密切相关。

 

 

  【 结构面的几何特征 】  

01

结构面的产状

结构面的产状主要包含三方面内容:

走向:是指结构面与水平面相交的交线方向;

倾向:是与走向成垂直的方向,它是结构面上倾斜线最陡的方向;

倾角:是指水平面与结构面之间所夹的最大角度。

由于走向可根据倾向来加以推算,故一般只用倾向、倾角来表示,表示方法一般为倾向<倾角。

 

02

结构面的连续性

结构面的连续性又称为结构面的延展性或贯通性,常用迹长、线连续性系数和面连续性系数表示。

 

迹长

结构面与勘测面交线的长度,称为迹长。国际岩石力学学会(ISRM,1978年) 制订的分级标准(见下表)。

 

线连续性系数Kl

是指沿结构面延伸方向上,结构面各段长度之和与测线长度的比值。

 

面连续性系数Ka

是指结构面延伸方向,结构面面积之和与被测试岩体总面积的比值,即

 

03

结构面的密度

结构面的密度是指结构面发育的密集程度,常用线密度、间距等指标表示。

线密度 Kρ :是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数(条/m);

间距d :是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。两者互为倒数关系,即

当岩体上有n组方向的结构面时

则沿测线x上的n组结构面间距为:

n组结构面的密度为:

ISRM (1978年)结构面密度分级标准(见下表)。

 

 

  【 结构面的研究方法 】  

 

传统上对结构面的研究通常采用罗盘、尺子等工具到现场进行测量,然后对数据进行统计分析。这种方法既费力气又费时间,而且对于一些难以进入的场地,获取数据是非常困难的,甚至是危险的。

基于这些考虑,工程技术人员开发出了ShapeMetrix 3D岩体三维成像及统计分析系统,使得岩体结构分析的工作变得得心应手。

 

 

 

 


ShapeMetriX3D是一套全新的岩体三维成像系统。采用一台标定的照相机,从两个不同的角度来对指定的区域进行成像,然后输入计算机中合成三维模型。

ShapeMetriX3D工作过程大概如下

 

利用相机从两个方向上采集两张照片,输入到软件内。

 

将两幅图片中心重合,划定顶线和底线。

 

即可生成三维模型

 

选定模型分界线。

 

将两个已经建好的模型载入到软件内,可以进行拼接。

 

可以指定某一个面作为参考面。

 

将做好的模型,载入分析模块中。可以确定任一点的GPS坐标,也可以确定任意结构面的倾向、倾角、走向、长度、大小、面积、体积、高差等参数。

 

可以自动生成等高线图。

 

可以对这个模型进行赤平投影分析和节理图分析。

 

可以对体积进行计算。

 

可以以多种格式输出模型,如VRML、DXF、OBJ、TXT、EXCEL等。

 

可以采用多图片方式,快速生成三维模型。

 

可以以多种模式查看模型。

 

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