不连续面平均速长概率估值法及其应用

在进行不连续面3-D网络模拟过程中, 不连续面的大小是一个重要的参数, 该数据主要来源是在现场露头上测量不连续面出露的迹长。由于取样中不可避免的偏差而使结果有误差, 在进行平均迹长估计时取样的误差必须予以校正, 本文介绍一种用概率的方法考虑取样误差通过有限2-D露头上测量的不连续面数据求算无限2-D空间平均迹长的技术。该方法可以借助计算机进行处理。     

不连续面平均速长概率估值法及其应用

在进行不连续面３－Ｄ网络模拟过程中，不连续面的大小是一个重要的参数，该数据主要来源是在现场露头上测量不连续面出露的迹长。由于取样中不可避免的偏差而使结果有误差，在进行平均迹长估计时取样的误差必须予以校正，本文介绍一种用概率的方法考虑取样误差通过有限２－Ｄ露头上测量的不连续面数据求算无限２－Ｄ空间平均迹长的技术。该方法可以借助计算机进行处理。     

拱坝坝肩侧裂面的面连通率研究

采用窗口法对拱坝坝肩不连续面进行描绘测量,对获取的不连续面的产状和迹长进行取样偏差校正和蒙特卡罗模拟,从而形咸三维空间的不连续面网络模型。据工程要求对网络模型按一定带宽进行切割、投影、计算,由此可得到侧裂结构面的面连通率。在此基础上,可以进行坝肩岩体质量评价,为工程设计提供一定的理论依据。      

岩体不连续间距数学模型的一个修正函数

不连续间距对岩体性质具有十分重要的意义。基于无限长测量线得到的岩体不连续间距的负幂指数分布是最重要的一种概率分布密度, 为纠正因用有限长测量线而带来的不连续间距的分布误差, 本文提出了一个封闭形式的修正函数。结果表明, 该法可显著减少不连续间距的相对误差, 从而可以采用较短的测量线来测量岩体的不连续间距。     

基于摄影测量获取岩体结构面参数的概率分布拟合检验

岩体不连续面迹长、产状、空间组合形态等的不确定性和复杂性,使结构面整体几何形态研究存在困难。利用岩体内大量随机展布的不连续面所具有的统计相似性,结合具有统计意义的数学方法进行结构面参数描述,是岩体随机不连续面三维网络模拟的基础,也为岩体稳定性评价提供可靠依据。本文基于数字近景摄影测量技术对长春市净月开发区东升采石场坡面进行调查研究,获取高精度的大量岩体结构面迹长、产状、间距、张开度等几何参数。利用Matlab编制Kolmogorov-Smirnov（K-S）检验程序,实现结构面参数的K-S法概率分布检验,分析了结构面参数所服从的概率分布类型;同时用SPSS软件检验程序正确性,并引入最优拟合度,选取符合多种概率分布参数的最优拟合概率模型。结果表明：研究区内结构面迹长、间距服从对数正态分布规律,产状服从伽马分布规律。     

冻结饱水单裂隙岩体力学特性试验研究

通过相似单裂隙岩体冻结三轴试验,研究裂隙倾角、迹长、隙宽、围压和温度对单裂隙岩体力学特性的影响,试验结果表明：裂隙岩体力学参数与倾角呈二次函数分布,与迹长呈指数函数分布,通过拟合式（3）可近似计算岩体强度;岩体强度与围压呈线性分布,负温条件下泊松比和弹性模量受围压影响较小;隙宽小于0.1 mm或大于0.8 mm时,岩体强度随隙宽增大而减小,隙宽在0.1～0.8 mm之间时,岩体力学参数几乎不受隙宽影响;岩体强度随温度降低而增大的作用机制是岩体孔隙水和裂隙水冻结成冰,增大了颗粒间的凝聚力和摩擦角;裂隙倾角影响破裂面的起始位置,迹长影响破裂面的扩展规模,围压影响破裂面的延伸方向;倾角对岩体强度影响最大,迹长次之,温度影响最小。     

基于交切条件的不连续面平均迹长估算法

从不连续面与窗口交切的充要条件出发,推导了窗口法不连续面剖面测量的平均迹长估算公式,实例分析表明用雇在算的平均迹长与实测平均迹长吻合较好。     

多参数岩体结构面优势分组方法研究

在岩体力学和水力学分析中,搞清岩体结构面的分布规律是一项重要的基础工作。当岩体结构面的产状一致,而其他性质不一致时,岩体结构面的力学和水力学性质是不同的,而传统的方法仅根据岩体结构面的产状进行分组,这势必存在缺陷。提出了一种基于变尺度混沌优化算法的多参数结构面数据的优势组划分方法,通过度量结构面之间的相似性建立目标函数,运用变尺度混沌优化算法搜索目标函数的最优解来确定聚类中心,可同时考虑结构面的多个参数,把具有相似性质的结构面归并成组。通过计算机模拟的结构面数据验证了此算法的正确性,最后将此算法应用于实际工程中测量的多参数结构面数据的优势组划分,得到了清晰可靠的分组结果。     

高陡边坡岩体结构信息无人机识别与离散元数值模拟

岩体结构特征的准确表征对边坡稳定性评价具有重要影响。由于高陡边坡岩体结构的人工编录工作开展困难,结构几何信息往往获取不全面,导致边坡数值模型构建往往不理想。以江西德兴银山铜矿露天边坡为工程背景,采用无人机与运动恢复结构法(SfM)获取边坡岩体点云模型。基于点云数据建立结构面识别和解译算法,自动获取结构面产状、迹长、间距等几何信息。对比人工测量结果,无人机测量与结构面识别能够获取更符合实际的坡面与岩体结构模型。采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面重构和“Rhino-Griddle-3DEC”联合建模方法,结合岩体结构统计模型构建离散裂隙网络DFN能够快速建立三维离散元数值模型,从而获得更好的数值模拟计算结果,满足岩质高边坡稳定性评价的需要。     

Laslett算法和广义H-H算法在不同迹长层次下的适用性讨论

结构面平均迹长估算的Laslett算法和广义H-H算法虽然在理论上具有严密的推导过程,但实际应用时,由于迹长层次不同,两种算法估值精度不同。在利用开挖边坡所揭露的全迹长资料对不同迹长层次下两种算法的估值精度进行检验的基础上,讨论了两种算法的适用性,并针对工程中所采用的测量窗口高度通常较小这一实际情况,对广义H-H算法在小窗口长迹长层次下的迹长估计值进行适当修正。综合研究结果,建议:(1)小窗口短小迹长层次情况下采用Laslett算法进行迹长估计; (2)小窗口长大迹长层次情况下采用乘以修正系数x=2的广义H-H算法。     

Comparison of rock discontinuity mean trace length and density estimation methods using discontinuity data from an outcrop in Wenchuan area,China

The equations that exist in the literature to estimate corrected mean trace length and corrected two-dimensional density of a rock discontinuity set using area sampling technique are critically reviewed. The discontinuity traces appearing in an outcrop in Yingxiu area in China are used along with rectangular windows to calculate the corrected mean trace length and two-dimensional density using Kulatilake and Wu’s equations. Similarly, circular windows are used along with Mauldon’s and Zhang and Einstein’s equation to calculate the mean trace length and Mauldon’s equation to calculate the two-dimensional density for the same discontinuity sets using the same outcrop discontinuity trace data. For both parameters, the predictions based on the rectangular window methods were found to be more accurate than that based on the circular window methods.     

估计迹长概率分布函数的新方法及其应用

本文提出一种估计迹长概率分布函数的新方法。该方法的优点是不需要有节理在测窗上出露长度的数据，有效的减少了野外工作量     

估计迹长概率分布函数的新方法及其应用

本文提出一种估计迹长概率分布函数的新方法。该方法的优点是不需要有节理在测窗上出露长度的数据, 有效的减少了野外工作量。     

Estimation of Areal Frequency and Mean Trace Length of Discontinuities Observed in Non-Planar Surfaces

Summary. Mauldon (1998) suggested end-point estimators of areal frequency and mean trace length for a planar sampling window which were recently proved to be unbiased maximum likelihood estimators by Lyman (2003). The present paper is to expand the concept and applicability of the end-point estimators to those for a general non-planar sampling window. The generalized end-point estimators are verified and its applicability for variable discontinuity orientation is checked by Monte Carlo simulation. Standard deviation of estimation error and estimation efficiency of areal frequency and mean trace length are also considered.     

The Planar Shape of Rock Joints

Knowing the planar shape of discontinuities is important when characterizing discontinuities in a rock mass. However, the real discontinuity shape is rarely known, since the rock mass is usually inaccessible in three dimensions. Information on discontinuity shape is limited and often open to more than one interpretation. This paper discusses the planar shape of rock joints, the most common discontinuities in rock. First, a brief literature review about the shape of joints is presented, including some information on joint-surface morphology, inferences from observed trace lengths on different sampling planes, information based on experimental studies, and joint shapes assumed by different researchers. This review shows that joints not affected by adjacent geological structures such as bedding boundaries or pre-existing fractures tend to be elliptical (or approximately circular but rarely). Joints affected by or intersecting such geological structures tend to be rectangular. Then, using the general stereological relationship between trace length distributions and joint size distributions developed by Zhang et al. (Geotechnique 52(6):419–433, 2002) for elliptical joints, the effect of sampling plane orientation on trace lengths is investigated. This study explains why the average trace lengths of non-equidimensional (elliptical or similar polygonal) joints on two sampling planes can be about equal and thus the conclusion that rock joints are equidimensional (circular) drawn from the fact that the average trace lengths on two sampling planes are approximately equal can be wrong. Finally, methods for characterizing the shape and size of joints (elliptical or rectangular) from trace length data are recommended, and the appropriateness of using elliptical joint shapes to represent polygonal, especially rectangular, joints is discussed.     

基于数字表面模型的岩体结构面产状获取

针对传统现场接触式测量获取岩体结构面参数效率低、工作量大、结果精确性受人为因素影响等问题,本文结合数字摄影测量技术与运动法（structure from motion,SFM）进行岩体三维数字表面模型重建,并在此基础上建立了岩体结构面自动识别方法。岩体数字表面模型重建步骤主要为岩体影像资料采集,基于尺度不变特征变换（Scale-Invariant Feature Transform,SIFT）算法进行图像特征匹配、稀疏点云构建、点云稠密化以及岩体曲面模型重构。结构面识别方法流程主要为:首先平滑岩体数字表面模型;通过改变搜索半径和角度阈值实现模型平面分割;基于区域生长原理进行结构面搜索;最后基于随机采样一致性拟合结构面得到结构面产状。将该方法应用于甘肃北山地下实验巷道,实现了巷道三维数字表面模型的重建与结构面产状数据获取,最后将识别到的结构面分组表征在模型表面。与人工实地测量方法以及现有的结构面识别软件相比,本文提出的方法具有良好的准确性,可为工程应用提供一定的参考。