岩体工程地质力学

岩体工程地质力学形成于20世纪70年代,在80年代得到了迅速发展。创建人为我国著名工程地质学家谷德振教授,其代表作是《岩体工程地质力学基础》(1979)。该学科是在工程地质学的理论基础上以及大量的工程实践中发展而来的,它是工程地质学和岩体力学相互渗透、相互融化的结果,是地质研究和力学分析相结合的产物。     

国标《工程岩体分级标准》应用中的几个问题

根据数个工程的实践经验,对国标应用中的几个问题:①国标在认识岩体力学性质中的作用;②工程岩体单元的划分;③结构面的统计和Kv值的选取;④岩体变形参数的估算等进行了讨论,可以作为工程岩体分级实践和国标修订时的参考。     

基于三维路线精测方法确定深部工程岩体强度

在深部采矿工程中,针对岩石质量指标RQD（rock quality designation）存在的问题,提出了先按岩性的不同将岩体进行岩组RG（rock group）划分,再对不同岩组分别进行三维RQD指标量测的方法。基于路线精测方法,通过对孔庄煤矿深井工作面不同岩组进行三维RQD实测和统计分析,得到了在岩石单轴抗压强度基础上深部节理化岩体强度折减系数,并由换算公式确定了工程岩体的等效强度。研究成果有助于对深部岩体结构特性进行定量化评价,为合理确定深部岩体的强度提供新的思路。     

某大型水电站坝区岩体风化分带定量划分初探

岩体风化程度的划分对岩体质量的准确分级及建基面的确定具有重要意义。但定性划分岩体风化程度往往受到主观因素的制约,存在评价时的任意性,且不能客观反映岩体风化的本质特征。而选取一些能反映岩体风化特征的指标对岩体进行风化量化分级,则较为准确、客观。论文结合西南某大型电站基本情况,根据国内外的研究成果,选取岩石质量指标（RQD）、裂隙间距（D）、波速比（Bv）、完整性系数（Kv）、岩石单轴抗压强度及2m硐段裂隙数等适合坝区岩体定量风化分带的特征指标,对主要指标进行相关性分析。最后根据选定指标定量划分出坝区岩体风化分带,以期对类似工程有一定的指导意义。     

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。     

利用岩石结构面网络模拟计算岩体带宽连通率及岩体强度参数

岩体中存在的结构面对岩体的力学特性有很大的影响，研究岩体的强度参数，必须弄清结构面在岩体中的分布情况，了解结构面对岩体强度的影响程度。岩体结构面的研究起初是靠人工进行现场测量，不仅耗费人力物力，而且获取的数据代表性不强，还略显粗糙。在计算机应用飞速发展的背景下，利用计算机进行结构面网络模拟的方法浮出水面，并成为现在国内外研究结构面的主要方法之一。此方法在众多的科学研究以及工程建筑领域得到了应用，并在应用之中得到了不断的完善和发展，取得了一定的成果。文章在对计算机结构面网络模拟原理分析的基础上，主要讨论了利用结构面网络模拟计算岩体连通率和岩体强度的方法，其中着重研究了带宽投影法的原理及带宽连通率的计算过程，介绍了利用带宽连通率计算岩体强度参数的方法。利用西北某水电站实际研究中应用此方法的工程实例对成果做了评价，成果与实际情况大体相符。对结构面网络模拟方法做了综合评价：简单易行，省时省力，效果良好。     

运用结构面模拟技术分析岩体质量特征

在总结以往岩体质量分类经验基础上，突出岩体的结构特征分析与研究，阐明了岩体质量评价的理论、方法、指标体系，结合实例建立了一种简洁、实用的岩体质量评价体系。在这一系统中，突出了岩体结构面网络模拟分析在评价中对确定RQD值的重要作用，解决了RQD值的定量分析，对岩体质量评价向定量化发展具有重要意义。通过工程实践说明这一评价体系对工程建设具有重要指导作用。     

基于粗糙集和模糊模型识别的斜坡危险性区划

为了在斜坡危险性区划中考虑岩体结构的控制作用,将粗糙集和模糊模型识别理论用于区域斜坡岩体结构识别,并结合信息量法对斜坡单元进行空间危险性预测。尝试在指标中考虑深部岩体结构特征和岩层变形构造（断层、岩层曲率）,将该方法应用于巴东新城区库岸斜坡危险性区划。结果表明：巴东新城区滑坡的主要影响因素有坡向和岩层倾向关系、坡角和岩层倾角关系、构造条件,可将斜坡分为3种结构类型。不同结构类型斜坡在危险性评价时各指标的影响程度或权重不同,可将巴东新城区划分为4个危险性等级,与现有滑坡比较验证了结果的合理性。     

基于岩体结构特征和未确知测度评价模型的岩质开挖边坡稳定性研究

综合黔西地区层状岩质开挖边坡研究成果发现:岩体结构特征是分析评价层状边坡变形失稳模式、机制和稳定性的重要基础。因此,结合该地区层状边坡地质条件的差异性,针对性地划分岩体结构类型对边坡的分析评价尤为重要。考虑地层岩性组合、地质构造、软弱夹层（结构面）因素,系统地将边坡岩体结构类型分为4个大类（近水平-缓倾边坡岩体,倾斜层状边坡岩体,陡倾、直立、倒转层状岩体,地质构造作用强烈或含有溶蚀洞穴、沟壑的边坡岩体）和10个亚类,并针对相应类型的边坡进行工程地质综合评价,分别阐述了失稳模式和机制。以边坡岩体结构类型为基础,甄选影响开挖边坡稳定性的6个定性指标和6个定量指标;对指标组合赋权,用未确知测度理论对边坡进行稳定性预测评价,建立了“岩体结构-指标组合赋权-未确知测度理论”的新评价体系。实例预测结果表明预测结果与实际情况具有较好的一致性,说明该方法是一种可靠性高、科学合理的稳定性预测新方法,可在相关工程领域中应用推广。     

岩体风化的综合分带研究

岩体的风化不仅会引起岩石物质成份、化学成份变化 ,而且也引起岩体裂隙、岩体完整性的改变。因而风化岩体中裂隙数量、岩体块度的变化与岩体的风化程度具有较好的对应关系。论文研究了用岩体裂隙间距、岩体的完整性指标、岩石质量指标对岩体风化程度进行分带 ,较好地将岩体风化分带与岩体结构、岩体工程特性紧密地结合起来。在岩体风化程度的定量划分上作了新的探索。     

基于岩体结构面分布分形维的岩体质量评价

尽管岩体结构面具有空间上的不规则性和结构网络上的复杂性,但由于它又具有自相似的特征,可以运用分形理论来对其进行研究。运用盒计维数法对某矿山巷道围岩体结构面分布的分维数进行计算,验证了岩体结构面分布的分形特征。通过对岩体结构面分布分形维值分布规律的分析发现,分形维数越大、结构面分布越密集,结构面迹线越长,岩体质量越差,表明可将岩体结构面分布的分形维作为岩体质量评价的指标。将计算所得的岩体结构面分布的分维数与按工程岩体分级标准对相应岩体分级所得的岩体质量等级进行对比,提出了一个以岩体结构面分布的分形维作为分级指标的岩体质量评价方案。     

节理网络分形在隧道超前地质预报中的应用

分形几何是20世纪70年代以来发展起来的研究非线性现象的理论和方法,这一理论的诞生为揭示隐藏于混乱复杂现象的精细结构和定量地描述它们提供了理论基础。将分形的方法引入到隧道的超前地质预报,通过岩体结构面网络的分维值来预测岩体的质量。结合工程实例可以看出,岩体结构具有良好的分形特征,其分形描述可作为评价结构岩体质量的标准之一。分形方法是评价岩体性质的一个有效的方法,具有广泛的应用前景。     

不同地质环境下的玄武岩岩体结构评价指标的选取

处于不同的地质环境下,玄武岩岩体结构具有不同的状态,在围压原位状态下,岩体结构面镶嵌紧密结合,岩体完整性好,岩体完整性系数与结构面最小间距具有不对应性,应选取完整性系数作为评价指标;而在岩体处于应力松弛状态下岩体完整性差,完整性系数评价指标和结构面间距评价指标具有很好对应性,应选取最小间距作为评价指标。本文通过对西南某水电站坝基岩体在处于不同的地质环境下岩体结构的评价,从而选取岩体完整性系数作为深部岩体结构评价的主要指标。     

对碎裂结构岩体似连续介质特征的一点研究

通常情况下认为碎裂结构的岩体具有非连续介质的特征。但是随着西部大量水电工程的勘查和建设,遇到了一类比较特殊的岩体,这类岩体中裂隙发育,结构面间距很小,按照国标划分为碎裂结构岩体,但是其本身又具有较高的力学性质,表现为具有较高的变形模量、抗剪强度参数和完整性系数,并且具有似连续介质的特征,这与通常的碎裂结构岩体有本质的区别。本文将利用两个实例工程对这一现象进行初步的分析,得到了水电工程可利用岩体的一种新的评价方法。     

岩体渗透结构类型的划分及其渗透特性研究

划分岩体渗透结构类型是水利水电工程地质勘察和渗透性评价的重要内容。从岩体结构的控渗作用出发,分析了控制岩体渗透特征的主要因素,即岩性、断裂构造、风化卸荷作用及岩溶作用;提出了岩体渗透结构类型的划分原则,即考虑岩体的各向异性特征。根据岩体的宏观渗透特征,即渗透介质及主要途径,将岩体渗透结构类型划分为5类:散体状渗透结构、层状渗透结构、带状渗透结构、网络状渗透结构、管道状渗透结构。结合工程实例,给出了小浪底渗透结构为层状及带状、三峡工程坝址区岩体渗透结构为散体状、网格状及带状。     

岩体结构识别的三角多项式函数模式图方法

通过构造工程岩体结构分类的三角多项式函数,基于实际工程的各种岩体结构的典型特征,建立数学模型,并利用其数学特征所展示的韵律进行岩体结构类型的划分和识别。应用这种方法对长江三峡工程坝基块状岩体及清江高坝洲层状坝基岩体典型岩体结构建立三角模式图,作为各种类型岩体结构的标准模式图。岩体结构识别的三角多项式函数模式图方法为工程岩体结构类型的定量划分提供了一种有效的方法。     

岩体完整性指标IRMI的工程应用与分析

岩体完整性指标（IRMI）是基于钻孔成像技术的评价岩体完整性的新指标,定义为全孔孔壁图像中岩体完整特征I与孔壁岩体长度（即完整特征I与破碎特征F之和）之比的百分数,即IRMI = I / (I + F)。钻孔成像技术在青岛海湾大桥基础勘察工程中取得了成功应用,获得了大量的第一手资料。通过与钻探和其他岩石质量估算法的对比分析,得出(1) 钻孔摄像弥补了钻孔取芯的不足;(2) 全孔图像为实现准确的岩体完整性评价创造了条件;(3) IRMI能准确地反映岩体完整特征;(4）IRMI通常大于RQD。     

工程岩体完整性评价的实用方法研究

采用结构面统计与结构面结合特征识别相结合的方法,从结构面几何发育特征和结合特征两方面评价工程岩体完整性。用体积节理数评价结构面几何发育特征,并引入岩体几何完整性系数Ig来表征。根据结构面张开度和充填胶结特征将其结合程度分为5级,给出各级的定性特征描述,并引入结构面结合程度系数Ip对其量化。进而定义了岩体完整性指数将岩体完整性划分为完整、较完整、破碎、较破碎和极破碎5级,并给出对应的定性特征描述和Irm值区间。结合公路隧道工程实例,分别采用文中方法、声波测试法和体积节理数测量法对隧道围岩完整性进行了评价并对评价结果进行了比较。结果表明,文中方法得到的岩体完整性指数Irm与声波测试法得到的Kv基本一致,而体积节理数量测法的评价结果整体上大于声波测试方法。     

结构面赤平投影极点图的统计分形在岩体工程分类中的应用——以中科院国家天文台500米口径大射电望远镜(FAST)台址为例

岩体质量分类是区域稳定性评价中一个重要指标。本文通过对FAST台址区裂隙岩体结构面的统计分析,得出场地结构面极点图的分形特征。通过与规范分级方法对比分析,作出了研究区FAST台址的岩体质量分区图。得出了分形理论作为岩体结构分类的定量评价指标的可行性和可操作性。     

岩体结构研究中统计区间长度的确定

岩体结构研究日益得到工程地质界的重视,而岩体结构面现场测量数据是获得岩体结构特征的必需资料。在目前常用的2种结构面测量方法中对如何选择合理的统计区间长度缺乏充分的论证。利用我国西南某大型水电工程丰富的结构面测量资料,研究统计区间长度对岩体结构类型的影响,取得了一定的成果。即最小有效测线长度与结构面间距大小及概率密度分布形式有关,研究岩体结构特征时,必须根据工程实际情况选择满足要求的统计区间长度。