大体积采空区岩体结构面聚类分布特征研究

广西北山矿业有限责任公司4#特大采空区具有体积大、形状不规则等特征。该采空区围岩发育有上甫肯跃背斜和印支期、燕山期断裂构造,根据采空区围岩发育构造、岩层界线划分和泥灰岩、礁灰岩蚀变等特征,结合其岩石物理力学指标,划分了泥灰岩、白云岩、礁灰岩等3个工程地质岩组。采用测线法和体积密度法,开展了详细的采空区周边岩体工程地质条件现场调查。基于现场调查数据,通过结构面聚类分析,得出了结构面分布的几何参数概率特征,建立了主优势结构面倾向为52和300及主优势结构面倾角为75的正态分布。分析计算结果显示:该模型可以有效的描述4#采空区节理产状分布特征。     

岩体结构信息的采集处理研究

岩体结构理论指出，结构面是岩体的构成因素之一，它的空间展布信息是进行岩体结构类型划分、岩体质量评价所需的最基础的资料。当前最为广泛采用的结构面空间分布信息采集方法是人工猜测法，应用该法室外工作量大，而且工作环境对采集数据的精度、效率影响很大。论文介绍了依据计算机视觉理论，针对金沙江下游某水电站坝前右岸滩地结构面信息采集的实际情况而开发的岩体结构信息采集及处理程序，以数码摄像机快速高效的拍摄滩地，在室内解析岩体数码图像的信息，并应用已开发的可沿任意方向进行结构面切割的程序处理结构面信息，获得结构面间距、迹长、单位面积裂隙总条数等岩体结构类型划分指标。经现场实测、比对，应用该法不但可提高工作效率、减少误差，而且大大地改善了工作环境，所得结果较为可信，为坝基岩体质量研究提供了详实的基础资料。     

基于机器学习的岩体结构面剪切破坏区域预测研究

剪切破坏区域是岩体结构面上下盘相对运动的主要接触区域,对抗剪强度具有重要影响。鉴于结构面剪切破坏区域与形貌特征的高度非线性关系,本文在分析结构面表面形貌特征及剪切机制的基础上,以粗糙度参数倾向、倾角、曲率、高差和孔径分布来描述结构面表面形貌特征。对结构面试样开展法向应力为1.0MPa的直剪试验,通过图像分割技术提取剪切破坏区域,利用多种机器学习方法构建结构面剪切破坏区域预测模型,建立结构面粗糙度参数与破坏状态之间的非线性关系,并采用训练准确率和AUC（Area Under Curve）值等指标对模型预测性能进行评估。结果表明所建立的模型中集成装袋树预测性能最好,其次是K最近邻,其训练准确率最高分别可达98.02%和97.38%,AUC值最高分别可达0.78和0.74。通过敏感性分析发现孔径分布对剪切破坏区域的影响最大。本研究对有效分析结构面的剪切破坏机理和准确评价抗剪强度具有重要意义。     

基于结构面网络模拟的桥基岩体空间状态分析

分析结构面在岩体中的分布和组合特征是研究岩体稳定性的前提。根据结构面网络随机模拟方法,通过对岩体表面结构面的测量,可以建立岩体结构面空间分布的概率统计模型,从而确立了岩体结构面的网络结构模型。在此基础上分析了局部临空块体的空间几何形态,指出了块体的可能破坏形式,从宏观角度对块体系统整体稳定性进行了预测。     

岩体结构面新型本构模型研究

对于涉及需要单独考虑岩体结构面的工程岩体结构分析,采用能反映岩体结构面主要力学特性的合理的本构模型是取得合理解答的关键问题之一。针对在经典连续介质力学理论框架内建立岩体结构面本构模型的缺点,基于岩体结构面的实际受力变形特性,采用直接法建立了一种新型岩体结构面本构模型。所建立的模型依据岩体结构面切向应力变形曲线及剪胀曲线的实际特征,将其分为峰前线性段、峰前非线性段以及峰后软化段,并分别给出了用于描述岩体结构面变形和强度等主要力学特性的数学模型,进而推导建立了结构面各变形阶段的增量型本构模型。最后,编写相关计算程序,采用所建立的新型本构模型以及被广泛采用的Plesha模型对经典的岩体结构面直剪试验成果进行拟合分析。结果表明,所建立的新型本构模型能更为合理的描述岩体结构面的主要力学特性,且模拟能力优于Plesha模型     

考虑结构面间距的双因素分组方法研究

同一期地质运动中岩体所产生的结构面间距一般认为服从负指数分布。目前方法多根据产状单一因素进行分组,分组完成后同一组结构面的间距分布可能非常不规则,针对该问题,结合目前结构面采集到的数据质量高且具有空间位置等特点,提出一种新的双因素分组方法 (a new double-factor clustering method,NDCM)。分组时可综合考虑结构面产状与间距信息,该方法分组初值由模糊K均值法(fuzzy K-means)获取,通过调整隶属度较低的结构面分组编码达到修正结构面间距,使其满足负指数分布的目的。为获得NDCM的分组精度,进行了数值模型计算,该模型中结构面分组情况已知,利用模糊K均值法和NDCM法分别对此模型进行结构面分组。对比结果表明,NDCM法分组精度明显优于模糊K均值分组方法;重叠率越高组数越多这种优势越明显;相比于模糊K均值法,NDCM分组精度平均可以提升0.06左右。     

岩石质量指标(RQD)的各向异性分析

各向异性是工程岩体的重要工程特性, 岩石质量指标RQD具明显的各向异性。本文运用结构面网络模拟技术, 通过结构面间距、倾角、相对夹角以及结构面组数的敏感性分析, 探讨了RQD的各向异性规律。结合实际工程应用, 提出正确引用RQD指标的建议。     

高陡岩质斜坡结构面的无人机贴近采集与粗糙度分析

为了研究采样尺寸、采样间距对结构面粗糙度评价结果的影响,本文以川藏线昌都至林芝段的色曲特大桥左岸高陡斜坡结构面为研究对象。使用无人机贴近摄影测量技术获取斜坡的三维空间坐标和表面纹理数据;室内实现斜坡的三维重建以及点云化处理;从点云模型上人为提取出37个结构面信息,使用MATLAB进行结构面规则网格化重建;基于Z_2S法描述结构面粗糙度表征值在不同尺寸、不同间距下的变化规律。结果表明:结构面粗糙度的尺寸效应、间距效应明显,采样间距的增大使有效采样尺寸值减小。因此,在进行粗糙度研究时应选取较小的采样间距,采样尺寸应大于等于“真”有效采样尺寸值。此外,本文是无人机贴近摄影测量技术应用在结构面数据采集领域的一个案例,是进行结构面粗糙度特征研究的有益补充。     

双河煤矿采动巷道顶板裂隙的分形研究

巷道顶板的变形量是评价巷道顶板稳定性的一个重要指标,巷道顶板裂隙的间距分形维是综合反映顶板裂隙发育、分布特征的一个重要参数,尝试建立二者之间的数学关系。利用多基点位移计对双河煤矿采动巷道顶板的变形量进行了监测,利用钻孔电视成像仪对顶板内裂隙的发育和分布状况进行了监测,并且计算出顶板内裂隙间距的分形维。结果表明,顶板0~2 m内裂隙最为发育,在此范围内,裂隙线密度与裂隙间距分形维具有相同的变化趋势,二者具有线性关系;顶板的变形量与相应的裂隙间距分形维具有相同的变化趋势,顶板裂隙的间距分形维增大,相应的围岩变形量增大,二者之间存在线性关系。研究结果表明,顶板裂隙的间距分形维是综合反映巷道顶板稳定性的一个指标,可以作为巷道顶板稳定性的指标,对巷道顶板稳定性进行评价,为支护设计提供可靠依据。     

洞室围岩质量多因素模糊综合评价模型及应用

由于洞室围岩质量及其影响因素的复杂性和不确定性,以往采用定指标、定权重的评价方法不尽合理,因此,有必要建立一多因素模糊评价模型.首先,应用模糊数学方法,建立了考虑岩石的单轴抗压强度σc,RQD指标,结构面间距J1,结构面摩擦系数f和岩体的声波速度V的多因素洞室围岩综合评价模型;然后,以地下洞室围岩为工程背景,对岩体质量进行了模糊综合评价,结果表明:模糊评价方法适用于不同岩体工程,能最大限度地利用工程勘察成果,是解决多因素、多指标综合问题的有效决策方法.得到的结果与可拓学评价法以及RMR法得到的结果大致相同,符合实际情况,说明多因素综合评价模型的正确性.     

ARIMA模型在新疆喀什地区中长期降水量预测中的应用研究

为研究新疆喀什地区降水量中长期预测问题,结合ARIMA模型对新疆喀什地区的降水量进行预测,利用喀什地区两个子流域1950-2015年实测年降水数据分析其模型的适用性和预测精度。结果表明:ARIMA模型可较好的模拟喀什地区的年降水量,具有较好的预测精度,模拟降水量和实测降水量之间的误差相对值低于20%,绝对误差也可控制在15 mm以内;从空间角度分析,降水总体分布从东向西逐步递减,预测结果和实际降水空间分布状况较为吻合,可达到乙级精度标准。研究成果对于喀什地区中降水量长期预测具有较好的参考价值。     

基于岩体不连续面三维分形维岩体质量评价研究

岩体内部不连续面分布具有随机性、不规则性,但又具有统计自相似性。基于三维随机不连续面网络模拟技术,对岩体结构统计均质区内的不连续面进行计算机模拟,并应用分形理论计算岩体不连续面分布的分形维数。岩体不连续面分布分维数具有尺寸效应,随着岩体尺寸增大分维数减小,到一定程度趋于稳定。这一稳定的分维值称之为表征分维数,用此值描述不连续面分布特征。将岩体不连续面分布的表征分维数与按传统岩体分类标准所得岩体质量等级进行对比,提出以岩体不连续面分布表征分维数为指标的岩体质量分类方法。在岩体分类基础上,提出基于表征分维数的岩体等效抗剪强度指标的折减计算。     

地壳破裂型式和幔根构造间断面形成的成矿控制(英文)

尽管地壳最上部的构造、岩性和地球化学条件控制着内生金属矿床的就位,然而最大量金属富集的地点和空间分布却常被幔根构造间断面（ｍａｎｔｌｅ ｒｏｏｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ）所控制。这些构造间断面延长几百到几千ｋｍ,这表明它们是在比地壳最上部更为均质环境的应力分布下产生的。这些构造间断面与其它的近于垂直的深部构造的交切面界定了主要的岩石圈块体并提供了热、岩浆和成矿流体上升的通道。金属趋向于富集在这些块体的角上,以及构造间断面与板块边缘、裂谷构造或造山带的穿插部位。对上述组合型式的幔根构造间断面和它们在地表地质投影的识别,可确定金属聚集有较大潜力的靶区。文章还提供了来自不同地质环境的实例。     

弯曲结构面几何条件的图解方法及其应用

分析岩体和山体稳定性的主要问题也就是确定结构面及临空面之间的相对位置关系及组合方式。坐标投影作图法是一种以正投影为基础,以分析岩石工程中结构面的几何关系及由其切割出来的块体的稳定性为目的的图解方法。对于弯曲结构面,采用“以直代曲”的原理,将其简化为有限个小平面的集合体进行分析。以蛇蟠岛国际旅游度假村清风洞室群1号洞为例,采用坐标投影作图法对弯曲结构面进行分析,来解决弯曲结构面几何条件的描述和确定问题。     

空间坐标系下地下岩体结构面数学描述方法初探

钻孔摄像技术能够采集到大量地下岩体内的结构面数据,分析其数据有助于进一步揭示结构面的空间分布规律和组合关系。针对钻孔内获得的结构面几何参数的特殊性,提出了综合倾角、倾向和位置深度等参数的特征点描述方法,在局部坐标系下对结构面特征点的描述方法及计算过程进行了阐述,推导出了结构面几何参数与特征点坐标之间的转换公式,在全局坐标系下对特征点坐标进行了归一化处理,最后对空间坐标系下特征点的分布规律进行了探索。研究结果表明,（1）空间坐标系下的结构面特征点是结构面几何参数和空间位置的综合反映;（2）特征点在空间的分布反映了结构面的空间组合关系。为结构面的统计分析提供新的思路和方法,有助于开展结构面的空间分布规律和交切关系研究,对钻孔摄像技术的发展和以结构面几何特征为基础的岩体稳定性评价起到积极的推动作用。     

熵权模糊综合评价模型在极软岩隧洞围岩分级中的应用

为解决传统围岩分级方法对极软岩隧洞复杂性考虑不足的缺陷,引入模糊数学理论,选取单轴抗压强度、岩石完整性指标RQD、结构面间距、结构面特征、岩石含水量及干燥饱和吸水率6个因素作为评价指标,为避免评价指标赋值的主观性,利用熵权法计算各指标的权重,建立起围岩分级的熵权模糊综合评价模型。将该模型应用于印度尼西亚某在建水电站黏土岩隧洞围岩分级当中,选取15个待评洞段进行评价,结果表明,隧洞围岩以Ⅳ级或Ⅴ级为主,利用该模型计算的围岩分级结果与现场确定的围岩支护等级高度吻合,通过对比分析,认为该模型分级结果较传统RMR分级法更优,表明模糊数学理论可以解决极软岩隧洞影响因素的复杂性及模糊性问题,熵权法能够降低人为赋值的主观性,两者结合可实现对黏土岩隧洞的客观评价,该方法可为极软岩隧洞分级提供参考。     

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。     

Effects of Highly Permeable Geological Discontinuities upon Groundwater Productivity and Well Yield

It is generally understood that groundwater flow is greatly affected by linear features associated with geologic structures such as fractures, faults, lithologic boundaries, and fold axes. In crystalline rock aquifers, such geologic structures seem to be closely related to large-scale groundwater flow field and well productivity. However, quantification of how the structures are related with the flow and well productivity is not so simple, because it involves many factors of hydraulic properties and flow phenomena. This study proposes a semianalytical method to analyze the effects of highly permeable geologic discontinuities on the groundwater flow system. Effects of geological discontinuities on groundwater productivity are interpreted from the geometry of linear geologic features by the conformal mapping of the spatial distribution function. The proposed method is compared with the numerical methods, and the applicability and usefulness of the method to delineate high well yield areas from a limited number of well productivity measurements is discussed.     

Prediction of the collapsing risk of mining slopes based on geostatistical interpretation of geotechnical parameters

Almost all collapses of rock slopes especially in open pit mines are related to discontinuities such as bedding planes, faults and major joints.Geostatistical assessments can be used for understanding the distribution of regionalized variables in any spatial study. In this paper3D spatial dispersion of the fault planes in the Gole Gohar open pit iron mine, located in Kerman province, south east of Iran, is modeled. Then, regionalized variable theory is used to analyze and interpret spatial distribution of the following geotechnical parameters: Geological strength index (GSI), Rock quality designation (RQD), Cohesion (C) and angle of internal friction (f). In order to define regionalized variable distribution, variogram functions were determined for identifying the regional behavior. Structural analysis of variograms showed that the mentioned parameters have spatial structures that make it possible to set up a geostatistical model to predict their values for each non-sampled block on the pit wall. Results showed that there is a relation between the low values of geotechnical parameters and the existence of discontinuities around the pit area. The role of discontinuities in the occurrence of collapses in the area was clearly demonstrated by comparing the estimated parameters models and the model of discontinuities dispersion.