本發(fā)明專利技術(shù)公開一種工程巖體非貫通結(jié)構(gòu)面識別及其確定方法，(1)利用3GSM數(shù)字?jǐn)z像測量技術(shù)和鉆孔攝像技術(shù)調(diào)查施工現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)面信息；(2)識別出所有的非貫通結(jié)構(gòu)面，并計算其貫通系數(shù)，找到貫通系數(shù)小于1的非貫通結(jié)構(gòu)面；(3)計算出貫通系數(shù)小于1的所有非貫通結(jié)構(gòu)面的貫通強度，找到貫通強度小于實際強度且數(shù)值最小的那一組結(jié)構(gòu)面，將這組結(jié)構(gòu)面作為連通的結(jié)構(gòu)面考慮；(4)重復(fù)步驟(2)(3)，直到所有的非貫通結(jié)構(gòu)面都分析結(jié)束；(5)根據(jù)分析處理的結(jié)果建立工程巖體三維可視化塊體分析模型。本發(fā)明專利技術(shù)基于巖橋貫通準(zhǔn)則的塊體理論分析搜索出的工程中可能滑落的關(guān)鍵塊體更為精準(zhǔn)和全面。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于土木工程中巖土工程
，涉及一種。
技術(shù)介紹
巖體不是均質(zhì)的，而是由許許多多的滑動面、裂隙、節(jié)理、弱面、夾層以及斷層(統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)面)等組成的非均質(zhì)各向異性和非連續(xù)的復(fù)合結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)面按其貫通與否，可分為貫通結(jié)構(gòu)面和非貫通(斷續(xù))結(jié)構(gòu)面。如果某組結(jié)構(gòu)面連續(xù)且貫通整個巖體，是構(gòu)成巖體、巖塊的邊界，則該結(jié)構(gòu)面稱為貫通結(jié)構(gòu)面；如果巖體中某組結(jié)構(gòu)面斷續(xù)發(fā)育，或者與其結(jié)構(gòu)體相互切割時并未將巖石完全割離，則稱該組結(jié)構(gòu)面為非貫通結(jié)構(gòu)面。非貫通結(jié)構(gòu)面巖體的破壞和失穩(wěn)最終都是通過巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)面的張開、閉合和擴展而產(chǎn)生的貫通而滑移所引起的。在這些貫通滑移面上除了結(jié)構(gòu)面外一般都包含新發(fā)生破壞的完整巖石-通稱巖橋。巖體的破壞通常是由結(jié)構(gòu)面和巖橋共同破壞組成的。由于巖橋的存在使非貫通結(jié)構(gòu)面巖體的受力及破壞特征都發(fā)生了質(zhì)的變化:結(jié)構(gòu)面端部應(yīng)力高度地集中，將導(dǎo)致脆性斷裂破壞；整體的破壞特征表現(xiàn)為由原生結(jié)構(gòu)面和自結(jié)構(gòu)面端部擴展的巖橋斷面所組成的復(fù)合破壞。眾所周知，塊體理論是假定巖體結(jié)構(gòu)面為平面、結(jié)構(gòu)面切割而成的塊體為剛體，塊體失穩(wěn)為脫離巖體或沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動等平動模式，不考慮塊體和結(jié)構(gòu)面變形、開裂，利用幾何學(xué)法分析不同開挖面上可能出現(xiàn)的可移動塊體類型及失穩(wěn)模式。經(jīng)典的塊體理論從幾何學(xué)而言，理論是完備的、封閉的，主要根據(jù)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀等參數(shù)直接判斷相應(yīng)巖體的可動性。然而從工程施工現(xiàn)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(jié)構(gòu)面②是一條非貫通結(jié)構(gòu)面，因為巖橋的存`在，劃分的塊體是不可移動的，是穩(wěn)定的。但是，實際上在施工擾動等外力作用下，結(jié)構(gòu)面可能會發(fā)生的張開、閉合和擴展而產(chǎn)生貫通，就會出現(xiàn)如圖1(b)的情況，劃分的塊體就是可移動塊體，進(jìn)而可能成為巖體破壞的關(guān)鍵塊體。可見，識別出工程巖體中的非貫通結(jié)構(gòu)面，并采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(wěn)定性就顯得尤為重要。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于本專利技術(shù)針對現(xiàn)有塊體理論研究無法搜索出因巖橋貫通而滑移的關(guān)鍵塊體的問題，提出了一種，并充分考慮巖橋傾角、結(jié)構(gòu)面摩擦系數(shù)、圍巖壓力、連通率和結(jié)構(gòu)面傾角對非貫通結(jié)構(gòu)面擴展貫通行為的影響，給出了非貫通結(jié)構(gòu)面在三維網(wǎng)絡(luò)模擬時是否應(yīng)該連通的判別準(zhǔn)則。更好的完善了塊體理論的研究。其技術(shù)方案為:一種，包括以下步驟:(I)利用3GSM數(shù)字?jǐn)z像測量技術(shù)和鉆孔攝像技術(shù)調(diào)查施工現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)面信息；(2)識別出所有的非貫通結(jié)構(gòu)面，并利用下式計算其貫通系數(shù)，找到貫通系數(shù)小于I的非貫通結(jié)構(gòu)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系數(shù)小于I的所有非貫通結(jié)構(gòu)面的貫通強度，找到貫通強度小于實際強度且數(shù)值最小的那一組結(jié)構(gòu)面，將這組結(jié)構(gòu)面作為連通的結(jié)構(gòu)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)重復(fù)步驟(2) (3)，直到所有的非貫通結(jié)構(gòu)面都分析結(jié)束；非貫通結(jié)構(gòu)面識別相關(guān)的巖橋貫通判斷相關(guān)源代碼見附件。(5)根據(jù)分析處理的結(jié)果建立工程巖體三維可視化塊體分析模型，利用自行開發(fā)的GeoSMA-3D巖體工程穩(wěn)定性分析軟件(該軟件技術(shù)已經(jīng)開發(fā)相對成熟，可以聯(lián)系第一專利技術(shù)人直接獲得)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，搜索出的工程中可能滑落的塊體關(guān)鍵塊體，從而準(zhǔn)確地搜索出因巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)面擴展貫通而滑移的關(guān)鍵塊體，更充分準(zhǔn)確地分析工程的穩(wěn)定性。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果本專利技術(shù)提供的，基于巖橋貫通準(zhǔn)則的塊體理論分析搜索出的工程中可能滑落的關(guān)鍵塊體更為精準(zhǔn)和全面。附圖說明圖1為
技術(shù)介紹
劃分塊體的結(jié)構(gòu)面示意圖；圖2為計算結(jié)果與統(tǒng)計結(jié)果的誤差圖；圖3為本專利技術(shù)流程示意圖；圖4為邊坡信息采集示意圖，其中圖4(a)為左視圖，圖4(b)為右視圖；圖5為傳統(tǒng)塊體理論分析結(jié)果圖，其中圖5(a)結(jié)構(gòu)面三維模型，圖5 (b)搜索出的關(guān)鍵塊體，圖5 (a)中虛線表示模型中結(jié)構(gòu)面跡線位置；圖5(13)中粗線黑框部位表示結(jié)構(gòu)面模型中搜索出的關(guān)鍵塊；圖6為基于巖橋貫通準(zhǔn)則的塊體理論分析結(jié)果圖，其中圖6(a)結(jié)構(gòu)面三維模型，圖6(b)搜索出的關(guān)鍵塊體，圖6(a)中虛線表示模型中結(jié)構(gòu)面跡線位置；圖6(b)中粗線黑框色表示結(jié)構(gòu)面模型中搜索出的關(guān)鍵塊體。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本專利技術(shù)的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。 本分析方法的具體實施和論證I非貫通結(jié)構(gòu)面的識別方法基于現(xiàn)場節(jié)理巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀調(diào)查、測量結(jié)果，提出對現(xiàn)場調(diào)查結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)，添加空間數(shù)值模型中，初步搜索非貫通結(jié)構(gòu)面，開展下列處理工作:(I)結(jié)構(gòu)面信息調(diào)查和表征；現(xiàn)場結(jié)構(gòu)面信息采集(包括產(chǎn)狀、傾向、傾角、走向、長度等信息)，將這些信息輸入到空間數(shù)值模型中，進(jìn)行表征(確定性結(jié)構(gòu)面信息直接輸入、非確定性結(jié)構(gòu)面信息根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律表示)。(2)結(jié)構(gòu)面編號:在空間模型中對表征的所有結(jié)構(gòu)面進(jìn)行編號，比如現(xiàn)場調(diào)查回來10條結(jié)構(gòu)面，我們有了這10條結(jié)構(gòu)面從I 10的編號以及相應(yīng)的幾何參數(shù)。(3)非貫通結(jié)構(gòu)面識別:以編號為I的結(jié)構(gòu)面為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，看編號為2的結(jié)構(gòu)面是否和I可以構(gòu)成非貫通結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)面，同時計算出兩結(jié)構(gòu)面內(nèi)部尖端之間的距離，利用連通率公式L =(結(jié)構(gòu)面I的長度+結(jié)構(gòu)面2的長度)/ (結(jié)構(gòu)面I的長度+結(jié)構(gòu)面2的長度+巖橋的長度(也就是兩結(jié)構(gòu)面內(nèi)部尖端之間的距離))計算。如果不為零，則繼續(xù)判斷編號為3的結(jié)構(gòu)面是否和I可以構(gòu)成非貫通結(jié)構(gòu)面，以此類推直至編號10的結(jié)構(gòu)面也判斷完。(4)對編號結(jié)構(gòu)面逐條識別:下一步再以編號2的結(jié)構(gòu)面為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，判斷1、3 10是否與其構(gòu)成非貫通結(jié)構(gòu)面，再以此類推都判斷結(jié)束后，再剔除掉重復(fù)的非貫通結(jié)構(gòu)面。(5)確定非貫通結(jié)構(gòu)面，具體確定方法如下: 2非貫通結(jié)構(gòu)面的確定方法本研究將貫通強度(非貫通結(jié)構(gòu)面巖體在巖橋貫通時的強度)作為判別非貫通結(jié)構(gòu)面是否應(yīng)該連通的判別指標(biāo)。當(dāng)外荷載達(dá)到貫通強度時，認(rèn)為兩結(jié)構(gòu)面應(yīng)該連通，反之，不連通。從目前的研究手段來看，要想準(zhǔn)確的獲得非貫通結(jié)構(gòu)面的巖橋貫通強度是非常困難的。反之，對含非貫通結(jié)構(gòu)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(nèi)在聯(lián)系，即可輕松的獲取貫通強度。基于這個思路，本研究引入貫通系數(shù)變量，用來描述二者之間的關(guān)系。貫通系數(shù)定義為貫通強度與峰值強度的比值，如式(I)所示。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種工程巖體非貫通結(jié)構(gòu)面識別及其確定方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)利用3GSM數(shù)字?jǐn)z像測量技術(shù)和鉆孔攝像技術(shù)調(diào)查施工現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)面信息；(2)識別出所有的非貫通結(jié)構(gòu)面，并利用下式計算其貫通系數(shù)，找到貫通系數(shù)小于1的非貫通結(jié)構(gòu)面；A=3.294×10-5(β-91.59)2+0.2215eμ-0.1636e-σ2-9.681×10-3L+1.399×10-4(α-42.44)2+0.8252(3)利用下式計算出貫通系數(shù)小于1的所有非貫通結(jié)構(gòu)面的貫通強度，找到貫通強度小于實際強度且數(shù)值最小的那一組結(jié)構(gòu)面，將這組結(jié)構(gòu)面作為連通的結(jié)構(gòu)面考慮；y=[3.294×10-5(β-91.59)2+0.2215eμ-0.1636e-σ2-9.681×10-3L+1.399×10-4(α-42.44)2+0.8252]Y(4)重復(fù)步驟(2)(3)，直到所有的非貫通結(jié)構(gòu)面都分析結(jié)束；(5)根據(jù)分析處理的結(jié)果建立工程巖體三維可視化塊體分析模型，進(jìn)行穩(wěn)定性分析，搜索出的工程中可能滑落的塊體關(guān)鍵塊體，從而搜索出因巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)面擴展貫通而滑移的關(guān)鍵塊體。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種工程巖體非貫通結(jié)構(gòu)面識別及其確定方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)利用3GSM數(shù)字?jǐn)z像測量技術(shù)和鉆孔攝像技術(shù)調(diào)查施工現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)面信息； (2)識別出所有的非貫通結(jié)構(gòu)面，并利用下式計算其貫通系數(shù)，找到貫通系數(shù)小于I的非貫通結(jié)構(gòu)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系數(shù)小于I的所有非貫通結(jié)構(gòu)面的貫通強度，找...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：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(專利權(quán))人：東北大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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