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。     

岩石质量描述图与岩石质量风险分析探讨

本文针对结构面间距最常见的两种分布形式－－负指数分布和对数正态分布，探讨了岩石质量指标（RQD）的Monte-Carlo模拟方法，首和无根据结构面间距分布密度函数产和一包含50万个随机结构面并按生成顺序排列的模拟真实岩体的总测线，然后为了和实际 钻探时以2米测线计算RQD相一致，在总测线上按均匀分布形式随机抽取大于等于2米的局部测线共5万个计算RQD单值，并进一步统计得出所有RQD的平均值，RQD累积分布曲及岩石质量描述图，对于自然界大部分岩体，可根据结构面间距统计参数，直接在本文得出的一系列岩石质量图上定出RQD平均值，岩石质量百分比（RQP）及岩石质量风险（RQR）。     

基于广义RQDt的岩石质量空间分布规律研究

自然界中的岩石通常含有大量复杂交错的结构面,造成岩石质量在三维空间中存在明显的各向异性。作为评价岩石质量的重要参数,岩石质量指标(广义RQDt)被广泛应用于岩体工程。结合三维裂隙网络模拟法和测线法,对岩体质量在三维空间不同方向上的分布规律进行研究:首先根据研究域岩体的裂隙统计参数及分布规律,利用Monte-Carlo法生成三维随机裂隙网络;然后通过在研究域内布置监测点和测线的方式来计算监测点处RQDt值随空间方位的变化,得到岩石质量空间分布图,以此来直观描述岩体质量沿空间不同方向的分布。将该法应用于某工程坝区岩体质量评估,表明该方法简单且具有较强的实用价值,可较全面描述岩体质量在空间方向上的分布规律。     

花岗岩体钻孔中结构面的分布规律——以深圳大亚湾花岗岩体为例

结构面对工程岩体的强度及其稳定性起着关键作用。在工程选址时常会首先考虑花岗岩作为其地基或围岩,而钻孔揭露的是目标深度岩体最直接的数据。以广东深圳的大亚湾花岗岩体为例,结合地质背景,研究钻孔方向上结构面的分布规律。钻孔方向上花岗岩结构面主要为构造结构面和表生结构面。首先,对比沿钻孔方向花岗岩体中结构面与地表结构面的倾向与倾角,在同一场址区,受到同一构造作用影响,钻孔中与地表节理的产状分布类似。其次,研究沿钻孔方向结构面的间距（直接影响岩体的RQD值）,通过间距分组和回归分析,发现结构面间距与其频数具有明显的幂函数关系,且该关系式与RQD值相关。     

结构面三维网络模拟在岩体质量评价中的应用

岩石质量指标RQD是反映工程岩体完整程度的定量参数,广泛用于水利水电、矿山、地下工程、交通工程等岩体稳定性评价,但是传统的RQD定义不能满足实际工程岩体各相异性要求。针对贵州黔中水利枢纽工程拱坝坝基岩体结构面特征,利用Monte-Carlo法在计算机上生成岩体节理三维网络图,建立了模拟计算不同阀值t的岩石质量指标RQDt的计算机模拟方法。该方法能较真实客观地描述岩石质量。     

岩土力学参数空间变异性的集合卡尔曼滤波估值

岩土参数具有结构性和随机性的空间变异特征,该特征导致岩土参数具有不确定性。以地质统计学作为岩土参数空间变异性分析的理论基础,将分布于研究区的岩土参数视为区域化变量,变异函数既描述了岩土参数整体的空间结构性变化,又描述了其局部的随机性变化,用变异函数理论模型作为描述岩土参数空间变异规律的数学模型。引入集合卡尔曼滤波（EnKF）分析方法,利用时空分布的观测数据,对岩土参数空间变异性进行估值。数值算例表明,EnKF能够有效地融合观测数据,较好地提供岩土参数空间变异性的估值。     

湛江组灰色黏土空间展布规律研究

分布于湛江地区的湛江组灰色黏土因其特有的强结构性在实际工程中产生一系列岩土工程问题,20世纪80年代已为国内众学者所关注。由于湛江组地层在雷州半岛区域内,具有不同沉积环境而表现出不同空间展布规律,实际工程中难以掌握其分布特性。根据现场地质调查资料,结合雷州半岛的地形地貌、地质构造以及湛江组地层的沉积环境,在雷州半岛布置27个钻孔进行地质钻探取样。不同区域典型地层剖面图说明,灰色黏土在不同的沉积环境有着不同沉积韵律、埋藏深度、地层厚度等,分布具有区域性,根据层顶埋深及地层厚度分析灰色黏土的结构性对实际工程的影响。同时,根据钻孔地层数据,利用基础 GIS软件平台MAPGIS构建湛江组结构性黏土空间展布规律三维地质模型,全面展示出灰色黏土在雷州半岛的整个展布规律,实现灰色黏土空间展布的可视化,最后简单地介绍该模型的基本应用。     

三峡水库某库段岩体裂隙网络模拟研究

为合理评价三峡水库某库岸岩体结构特征及工程整治提供依据,对区内岩体进行了裂隙调查及网络模拟研究。研究基于Monte-Carlo模拟方法,在技术上进行了探讨和一定改进。如采用了聚类分析法确定裂隙优势产状、用直接法产生随机数、广义RQD t及裂隙线连通率的计算等。根据野外调查及计算机模拟研究,研究区发育有3组优势裂隙、平均迹长1.45 m左右。间距一般服从对数正态或负指数分布,而走向和迹长基本上不服从常规分布。裂隙线密度在3－6条/m、t = 0.1 m时RQD t值在90 %左右、t = 0.7 m时RQD t值为10 %－20 %、RQD t值变化可能影响库岸岩体在不同方向的稳定性。     

基于三维结构面网络模拟的岩体变形模量确定方法

变形模量作为表征岩体变形特征的重要参数,是岩体工程设计的基础力学参数之一。在综合前人研究的基础上提出了基于三维结构面网络模拟确定岩体变形模量的方法,编制了三维结构面网络模拟及计算RQD值的程序。以西南山区某水电站坝址区岩体为实例,在概率统计各组优势结构面几何要素分布形式的基础上,采用Monte Carlo法生成三维结构面网络模型,据此获得岩体三维RQD值,利用RMR法进行质量评价和变形模量的确定,并与钻孔资料统计法和原位试验结果进行对比分析。结果表明:基于钻孔资料统计的估算结果与原位试验相对误差达31.62%,且其估算值偏低;基于三维结构面网络模拟的估算结果与原位试验相对误差仅为2.56%,估算结果精度较高。该方法考虑了岩体质量的空间各向异性,对岩体的质量评价和参数确定更为合理,研究成果为该工程的优化设计提供了合理的计算参数。      

岩土力学参数空间变异性的集合卡尔曼滤波佶值

岩土参数具有结构性和随机性的空间变异特征，该特征导致岩土参数具有不确定性。以地质统计学作为岩土参数空间变异性分析的理论基础，将分布于研究区的岩土参数视为区域化变量，变异函数既描述了岩土参数整体的空间结构性变化，又描述了其局部的随机性变化，用变异函数理论模型作为描述岩土参数空间变异规律的数学模型。引入集合卡尔曼滤波（EnKF）分析方法，利用时空分布的观测数据，对岩土参数空间变异性进行估值。数值算例表明，EnKF能够有效地融合观测数据，较好地提供岩土参数空间变异性的估值。     

嵩山井田滑动构造对二1煤层顶板岩体分带性的影响

豫西一带含煤地层中的滑动构造相对发育。滑动构造引起煤层顶底板附近岩石力学性质发生变化,进而影响岩体的分带性。从研究嵩山井田滑动构造的分布范围、滑体的组成和滑动形态入手,采用岩石特征研究、构造形态分析和岩体质量指标（RQD）定量等研究方法,对影响二1煤层顶板的工程地质条件进行了分析,划分出三个不同工程地质性质的分带：岩体正常带、构造影响带和破碎带．并对各分带的岩体特征进行详细论述,为今后煤矿的安全开采提供了依据。     

基于结构面网络模拟的岩体深部卸荷裂隙及非均质特性研究

深部卸荷裂隙是一类非构造成因的特殊地质现象,常出现在高山峡谷地带,对工程建设有重要影响。将二维结构面网络模拟运用于模拟某水电站边坡平硐内深部卸荷裂隙和常规卸荷裂隙,在该模拟结果中布设18个虚拟钻孔,利用Autolisp编写岩石质量指标统计程序来计算岩体RQD值。并统计、对比两类裂隙岩体在不同阈值的岩体RQD值及其标准差。利用RQD值的差异将两类岩体裂隙实现区分,同时基于RQD值的标准差体现出的数据的离散性,进一步分析裂隙岩体的非均质特性。     

山岭隧道工程综合地质勘察方法探讨

山岭隧道工程具有隐蔽性、施工复杂性、地层条件和周围环境不确定性等特点,采用科学的勘察方法,是查明隧道岩土体工程地质条件的有效手段。本文以海淀区西山隧道为依托,针对隧道工程勘察中的关键地质问题,运用工程地质测绘、钻探、工程物探、水文地质勘查等综合勘察方法,有效地查明隧址区的地质构造、岩土体结构和地下水分布特征,全面、客观地评价隧道进出口段边坡及仰坡稳定性、隧道围岩质量与稳定性、隧道涌水量、地应力及有害气体等工程地质问题,并针对不良地质现象提出防治对策,以期为工期紧张、地形困难且日趋增多的山岭隧道工程地质勘察,提供可以借鉴的模式和方法。     

滨海地基土层的空间插值分析

等值线图是研究地基土层发育分布规律的最主要方法,但是通过地质钻孔进行地基土空间插值的精度研究并不多见。本文以天津滨海新区全新统中组第Ⅰ海相层为例,对地基土层埋深及厚度进行了空间插值对比研究;采用验证法对普通克里格法、距离倒数权重法和薄板张力样条函数法的插值精度、插值效果进行了分析评价,重点探讨了空间尺度变化、钻孔数量变化对插值效果的影响,确定了滨海新区地基土层空间插值的最佳钻孔间距、钻孔数量。在2000 m×2000 m及原始数据尺度下,采用普通克里格法对不同工程地质分区内的地基土层埋深及厚度各等级分布面积进行了统计,分析了地基土层埋深和厚度的空间插值变化情况。研究结果表明:滨海新区地基土层埋深及厚度的空间插值总体以2000 m×2000 m空间尺度下的OK法插值效果最好,能准确地揭示出地基土层的空间发育分布规律。     

铁路岩质边坡的RQD研究

以宝成铁路略阳站前后一段铁路工程边坡为例,采用蒙特卡洛原理和方法,计算模拟铁路边结构面概率参数,利用统计结果估算边坡岩体的岩石质量指标ＲＱＤ,提出方向ＲＱＤ的概念,初探方向ＲＱＤ值在铁路工程边坡中的应用及铁路开挖工程活动与自然地质环境间的相互影响。     

黄沙坪多金属矿床综合信息三维找矿模型的构建

通过使用"探矿者"软件,建立了湖南黄沙坪多金属矿床局部综合信息三维找矿模型。在收集和整理研究区的地质图、地形图、地质剖面图、钻孔柱状图的基础上提取钻孔数据,建立地质空间数据库。通过分析矿床控矿条件,构建主要控矿地质体的三维数字模型,实现局部综合信息找矿模型的三维数字化。从矿体模型中,可以直观地观察矿区内矿体的产状和空间分布特征。地层模型和石英斑岩-矽卡岩岩体模型比较准确地展示了主要赋矿地层和石英斑岩-矽卡岩岩体对铅、锌和钼矿体的控制作用,从而证实了该软件具有较全面的功能及建模方法的有效性,为矿床进一步的勘查预测工作提供了依据。     

Geostatistical integration of seismic velocity and resistivity data for probabilistic evaluation of rock quality

This study applied a geostatistical approach to integrate various geophysical results for the probabilistic evaluation of rock quality designation (RQD) in regions between boreholes. Two of the geophysical survey results, electrical resistivity and seismic velocity, were transformed into a probabilistic distribution with the directly observed RQD values at the boreholes using an indicator value method. The initial spatial distribution of RQD, inferred from indicator kriging of observations from the boreholes, was improved by support of the geophysical results based on the integration by a permanence ratio. The integration was good enough to produce results that compensated for the defection of each exploration method. Also, the probabilistic feature of the final product of the RQD distribution made it possible to assess a more quantitative rock quality evaluation and better decision making for safety design.     

Palynofacies,Organic Thermal Maturation and Source Rock Evaluation of Nanka and Ogwashi Formations in Updip Niger Delta Basin,Southeastern Nigeria

For the deep underground pump house complex engineering geological and geotechnical investigations were carried out. The area was investigated through detailed engineering geological mapping, exploratory drilling, in-situ stress measurements and laboratory testing. Surface mapping was done on 1:500 scales with 0.5 m contour interval and drill holes logging was done on 1:100 scale. The rock mass properties, i.e. joint sets, weathering grade, RQD etc. of the rock masses to be encountered during the excavation of cavities have been analyzed in detail. Core samples from the exploratory drill holes drilled at the surge pool and pump house area were tested for physico-mechanical properties of rocks in the laboratory. To evaluate the stress regime at the proposed underground pump house complex area, stress measurements were carried out by hydrofracturing method inside the borehole. The mapping details indicated that cavities will be excavated through fresh, coarse to very coarse grained, hard and jointed granites. The average depth recorded of fresh rock from the surface was 15.7 m. The uniaxial compressive strength of the rock mass range from 221 to 246 MPa. The orientation of the long axis of the cavities recommended is N150°. Classification of rock mass using Tunnelling Quality Index Q is attempted and the values are range from 3.58 to 16.40.