岩体结构面起伏幅度尺寸效应的试验研究

表面起伏形态的特征决定了岩体结构面粗糙度系数的基本性质,研究结构面起伏幅度的变化规律,有助于分析粗糙度系数的尺寸效应。试验利用自行研制的大、中、小岩石结构面轮廓曲线系列仪器,测量不同尺寸结构面表面形态的起伏幅度。通过统计和分析结构面起伏幅度随取样长度的变化规律,结果表明:起伏幅度存在尺寸效应,同一结构面测量方向相同但测量位置不同的起伏幅度是有差异的,但变化趋势相同。中等尺度及大尺度结构面的起伏幅度均呈现出随结构面尺寸的增大而增大的变化规律,当结构面尺寸增大至一定值时,起伏幅度会趋向于不同的定值。不同结构面起伏幅度统计均值与结构面尺寸的变化曲线,均呈现出较好的对数函数关系。     

基于多功能起伏结构面制样模具的异性结构面剪切强度研究

结构面广泛存在于岩体工程中,其性质更是对岩体的破坏特性有着显著的影响。利用自主研发的起伏度可控的结构面制样模具制作出不同起伏角的结构面试块,并进行室内直剪试验,在此基础上研究起伏角对结构面抗剪强度的影响。自主设计研发的波状起伏结构面制样模具,可实现锯齿状、波状、规则与非规则等表面起伏形态结构面试样的制作。根据模具设计思路,参照结构面的野外实际特征,快速制作出表面起伏角分别为5°、10°、15°、20°、25°、30°的结构面试样进行室内剪切试验。在对试验结果分析的基础上,利用Barton所提出的JRC-JCS估算模型建立结构面起伏角与JRC之间的对应关系,综合考虑异性结构面上下强度差异,提出考虑起伏角影响的结构面抗剪强度公式。     

岩石三维微观结构定量研究方案与应用实例

微观CT技术可以提供微米(或更小)分辨率的三维高精度数字图像,为研究岩石内部结构提供了强有力的技术支持。微观CT数据的定量分析主要包含三个方面:(1)图像数据中岩石微观结构的定量表征;(2)流体力学代表性体元的确定和流体力学参数计算;(3)固体力学代表性体元的确定及固体力学参数计算。简要介绍了三个方面定量分析的实施方案,并将可视化技术作为数据分析的辅助手段。给出了糜棱岩、砂岩和灰岩三个不同样品的计算分析实例。岩石微观三维CT数据量大,尤其是包含了时间序列的四维CT数据量更为巨大,其中包含了丰富且独特的信息,处理过程复杂多变,构成了地学大数据的一个重要组成部分。     

硬性结构面表面起伏形态测量及其尺寸效应研究

结构面表面形态与其力学性质密切相关,对结构面表面形态进行精细测量是研究结构面变形和强度等力学机理的基础。在分析国内外结构面测量仪器优缺点基础上,利用自主研制的新型便携式测量仪器———接触打孔器对硬性结构面进行机械化精细测量,应用效果表明:由接触打孔器获得的结构面粗糙度JRC值与结构面表面实际的JRC值十分接近。在此基础上,对硬性结构面进行尺寸效应分析,获得了结构面表面JRC值的统计方差随测量长度逐渐衰减的规律,并且计算分析了粗糙度对结构面剪切强度影响的极限长度,最后通过强风化粉砂岩节理、新鲜砂岩层面、泥岩层面进行了分析。结果表明,对于研究区强风化粉砂岩构造节理,当取样长度大于50cm时,可以消除剪切方向上起伏粗糙度尺寸效应;对于平直新鲜泥岩层面、平直的新鲜砂岩层面,当取样长度大于5cm时,可以消除剪切方向上起伏粗糙度尺寸效应。     

起伏结构面内软弱夹层厚度的力学效应

结构面内充填物厚度对结构面抗剪强度的影响是结构面力学性质的重要问题之一。对此,国内外都有研究,早在1955年上犹江电站坝基岩体力学原位试验对这个问题就曾进行过探讨,R.E.Goodman(1969年)用云母粉、R.D.Lama(1978年)用高岭土也曾对这个问题进行过模拟研究。根据一个工程岩体力学试验的需要,我们在1978年利用中型剪、采用原岩结构面充填软弱物质的办法,对这个问题也进行了一组试验研究。     

结构面力学性质的定量鉴定

变形带力学性质的鉴定是地质力学研究中的先行基础步骤.近来出现一些新的概念和方法,可用以定量表征变形带的力学性质.天然变形带通常是一般剪切作用的产物,是纯剪切(共轴缩短或伸展)和简单剪切的组合.为了定量说明两者间的相对贡献,提出了运动学涡度(W_k)这一物理量,并简单地定义为cos υ.υ是主变形面内两特征方向间的夹角.纯剪切的υ=90°,W_k=0;简单剪切的υ=0°,W_k=1.一般剪切的υ介于0°和90°之间,W_k为0到1.运动学涡度符号的正负分别代表变形带的减薄和增厚.υ可通过极摩尔圆法求出.主压应力(σ₁)方向与W_k的关系为W_k=sin2ξ.ξ是σ₁与变形带法线间的夹角.因此,可用以确定变形带的W_k和力学性质.根据最大有效力矩准则,韧性变形带与主压应力(σ₁)方向间的夹角为55°,可用以确定古应力轴的方向,并可能确定变形时差应力的大小.      

结构面抗剪强度参数线性拟合方法适用性研究

针对岩体结构面力学参数的重要性,开展最小二乘法、点群中心法、随机-模糊法、可靠度分析法4种结构面抗剪强度参数线性回归方法的理论对比与分析。在传统点群中心法的基础上,提出求解过程严密、计算精度较高的改进优化算法。为保证可靠度分析法中验算点法参数初始赋值的准确性,提出基于可靠度理论的结构面抗剪强度参数c, 的均值、标准差优化赋值方法。以武隆县鸡尾山滑坡为例,比较不同岩体结构面数据条件下上述4种方法的适用性。结果表明,各方法的适用性与试验数据的离散性及数据量有关;当数据线性理想时,4种方法均可直接用于结构面抗剪强度参数的线性回归分析;当试验数据较离散时,点群中心法已不再适用,可根据工程要求、异常值情况和计算收敛情况选取合适的数据处理方法。     

三维成矿定量预测系统设计与应用实例研究

隐伏矿体三维成矿定量预测是以多元地学大数据为基础的矿产预测新技术与方法。本文基于隐伏矿体三维成矿定量预测的实际需要及相关方法步骤,采用集成二次开发的方式,设计实现了一套可在三维环境下基于大数据开展定量化成矿预测工作的软件系统。本文阐述了系统的总体架构及开发方式,并对系统中各个功能模块的设计及实现过程进行详细阐述。系统融合了当前三维成矿定量预测研究的最新方法及成果,内含数据库管理、三维地球物理正演、三维空间分析以及三维预测评价等功能模块,能够对多元地学大数据进行集成和分析预测。为了验证系统的适用性和有效性,该系统被应用于长江中下游成矿带钟姑矿田三维成矿定量预测研究,相关成果表明系统的建立不但能够深化和发展三维成矿预测理论,也为新时期基于大数据的隐伏矿体找矿勘探工作提供了新方法及有力工具。     

重复剪切作用下结构面起伏角度对其力学特性影响研究

在室内直剪试验的基础上,研究了重复剪切作用下起伏角对结构面变形和强度的影响。采用钢制模具和混凝土材料预制4种起伏角度结构面,分别在5级法向应力下进行6次直剪试验,记录每次剪切过程中的切向应力和法向位移随切向位移的变化。通过对切向应力和法向位移随切向位移变化曲线分析可知,首次剪切时,法向应力和起伏角度越大,结构面剪切破坏方式越容易从滑移破坏过渡为剪断破坏,对于同一种剪切破坏方式,法向应力越大,对结构面磨损或剪断的作用越强烈,峰值剪胀位移越小,起伏角度越大,锯齿被磨损或剪断的高度越大;第2次剪切开始,不论法向应力和起伏角度如何,结构面的剪切破坏方式基本上都转变为滑移破坏。     

岩石磁性的一个应用实例

矿物勘探中经常忽略了研究和评价岩石的物理性质，这里指密度和磁性。当最初的物探解释和地表的地质填图完成后，却发现其结果和钻探验证相矛盾，这就值得我们反思，如Ｈｅａｒｓｔ＆Ｍｏｒｒｉｓ（１９９１）等，指出的那样，在一个工区内岩石物性的重要性，不仅与其所处位置有关，而且与地质单元的变质作用有关，这就要求我们必须做出有意义的地质和地球物理解释模型。     

基于多元拟合方程的结构面粗糙度系数JRC估算

本文以BARTON的标准粗糙度剖面为研究对象,假定剪切方向为从左向右,量取剖面曲线长L以及"爬坡"时的倾角i_i和与倾角相对应高差h_i、面积S,把不同的因素组合在一起,用MATLAB对测得的数据进行拟合,得到用来估算结构面粗糙度系数且不依赖于结构面长度的解析方程。结果表明:剖面长度比和面积比组合得到的拟合方程较差,剖面长度比、面积比和爬坡高组合得到的方程较好;剖面长度比、倾角i_i和高差h_i三个指标的组合拟合方程最好,可很好地反映结构面粗糙度,拟合优度达97. 1%。     

探地雷达在探测基岩起伏面中的应用

简要介绍探地雷达的技术原理、解释方法及其在探测基岩起伏面中的应用 ,叙述了探地雷达在落家河铜矿选厂场地的成功探测     

基于DEM的青海贵德地区地形起伏度的研究

基于贵德地区1：5万地形图等高线数据内插生成的DEM数据,在ArcMap软件空间分析支持及Spss软件拟合曲线统计下,得到该地区地形起伏度提取的最佳窗口为400m×400m;基于400×400m2的分析窗口,提取贵德地区的地形起伏度,完成地形起伏度的专题图,统计分析高程与起伏度之间的相互关系,其结果与实际情况基本吻合。     

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。     

软弱结构面表面形态与充填度的力学特性研究

结构面的表面形貌是一个复杂的研究对象,但其对结构面的力学性质有着重要作用。目前关于软弱结构面非充分充填状态研究很少。在分析了结构面的起伏形态后,借助摩擦学理论对充填软弱物质的结构面力学性质进行了分析。同时研究了地下水和泥膜等对结构面强度的污染效应。通过与试验资料的对比,得到研究成果有其合理性。     

应用注浆技术加固地基的一个实例

位于建筑物下的人防工事,由于建造质量差,年久失修而造成局部破坏,严重影响地表建筑物的安全,必须进行加固处理,特别是拟建在人防工事上的建筑物尤为必要。实践证明采用注浆技术比采用回填等方法加固具有质量好,效率高、成本低等特点。     

螺旋面的拟合应用研究

提出了一种螺旋面的拟合算法。利用参数方程建立独立参数与直角坐标的代数关系,构建出误差方程组,再利用非线性方程的多维数值寻根方法求解出螺旋面的各项参数。用模拟数据进行了算法的验证,并给出了误差的评定方法。此法可拓展到对其它参数曲面的拟合。     

大地电磁测深法在大地构造研究中的一个应用实例

通过对ＨＱ—１３线（安徽灵壁—上海奉贤）大地电磁测深工作，对下扬子盆地地下电性特征进行了研究，认为该盆地具有纵向上分层和横向上分块的特点。通过对华北地台与下扬子盆地两个构造单元的电性差异，地壳结构的分析与研究，修正了郯庐断裂为分界的看法，提出了两个构造单元之间接触关系的新观点──双沟推覆带。