天然巖體,從宏觀上來說,它是由節(jié)理或裂隙切割成一塊一塊的、互相排列與咬合著的巖塊所組成的。巖體中往往具有明顯的地質(zhì)遺跡,如不整合、褶皺、斷層、節(jié)理、劈理、解理、層埋、片理等。它們?cè)趲r體力學(xué)中一般都統(tǒng)稱為節(jié)理。由于節(jié)理的存在,造成了巖體介質(zhì)的不連續(xù),因而,這些界面又稱為不連續(xù)面或結(jié)構(gòu)面。它造成了巖體的不連續(xù)性和各向異性,同時(shí),還反映了區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和自然應(yīng)力場的特征。
由于巖體中有結(jié)構(gòu)面的存在,使巖體與完整巖石的力學(xué)特性之間有很大的差異。從巖體的力學(xué)屬性來看,可認(rèn)為完整的巖體屬連續(xù)介質(zhì)力學(xué)范疇;而碎屑巖體或糜棱巖體則屬土力學(xué)范疇;介于上述二者之間的裂隙巖體或破裂巖體,也統(tǒng)稱節(jié)理巖體,因它受節(jié)理切割的影響,可認(rèn)為是有地質(zhì)力學(xué)的屬性,即由地質(zhì)的特點(diǎn)而決定其力學(xué)性質(zhì),其力學(xué)屬性被認(rèn)為部分屬非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的范疇。
① 【巖體結(jié)構(gòu)】
巖體結(jié)構(gòu)是指巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的空間排列組合特征。巖體結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)基本要素或稱結(jié)構(gòu)單元,即結(jié)構(gòu)體(巖石)和結(jié)構(gòu)面。
在《巖土工程勘察規(guī)范(GB 50021-2001)》中,將巖體結(jié)構(gòu)劃分為5大類。目的:弄清巖體中結(jié)構(gòu)面的情況及其力學(xué)屬性,建立符合實(shí)際工程巖體的地質(zhì)力學(xué)模型。
結(jié)構(gòu)面(亦稱弱面):巖體內(nèi)存在的各種地質(zhì)界面,包括:不連續(xù)面和物質(zhì)分異面,如裂隙、節(jié)理、層理、軟弱夾層、斷層及斷裂破碎帶等。
結(jié)構(gòu)面的分級(jí)
巖體中的各種結(jié)構(gòu)面依其本身的產(chǎn)狀,彼此組合將巖體切割成形態(tài)不一、大小不等以及成分各異的巖石塊體,稱為結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體的大小及形態(tài)主要取決于結(jié)構(gòu)面的密度及其空間組合關(guān)系。結(jié)構(gòu)體常見的形狀有:塊狀、柱狀、層狀、板狀、碎塊狀及碎屑狀;結(jié)構(gòu)體的形狀與巖石類型有關(guān);結(jié)構(gòu)體的形狀還與區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度密切相關(guān)。
② 【 結(jié)構(gòu)面的幾何特征 】
01
結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀
結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀主要包含三方面內(nèi)容:
走向:是指結(jié)構(gòu)面與水平面相交的交線方向;
傾向:是與走向成垂直的方向,它是結(jié)構(gòu)面上傾斜線最陡的方向;
傾角:是指水平面與結(jié)構(gòu)面之間所夾的最大角度。
由于走向可根據(jù)傾向來加以推算,故一般只用傾向、傾角來表示,表示方法一般為傾向<傾角。
02
結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性
結(jié)構(gòu)面的連續(xù)性又稱為結(jié)構(gòu)面的延展性或貫通性,常用跡長、線連續(xù)性系數(shù)和面連續(xù)性系數(shù)表示。
跡長
結(jié)構(gòu)面與勘測面交線的長度,稱為跡長。國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)(ISRM,1978年) 制訂的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(見下表)。
線連續(xù)性系數(shù)Kl
是指沿結(jié)構(gòu)面延伸方向上,結(jié)構(gòu)面各段長度之和與測線長度的比值。
面連續(xù)性系數(shù)Ka
是指結(jié)構(gòu)面延伸方向,結(jié)構(gòu)面面積之和與被測試巖體總面積的比值,即
03
結(jié)構(gòu)面的密度
結(jié)構(gòu)面的密度是指結(jié)構(gòu)面發(fā)育的密集程度,常用線密度、間距等指標(biāo)表示。
線密度 Kρ :是指結(jié)構(gòu)面法線方向單位測線長度上交切結(jié)構(gòu)面的條數(shù)(條/m);
間距d :是指同一組結(jié)構(gòu)面法線方向上兩相鄰結(jié)構(gòu)面的平均距離。兩者互為倒數(shù)關(guān)系,即
當(dāng)巖體上有n組方向的結(jié)構(gòu)面時(shí)
則沿測線x上的n組結(jié)構(gòu)面間距為:
n組結(jié)構(gòu)面的密度為:
ISRM (1978年)結(jié)構(gòu)面密度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(見下表)。
③ 【 結(jié)構(gòu)面的研究方法 】
傳統(tǒng)上對(duì)結(jié)構(gòu)面的研究通常采用羅盤、尺子等工具到現(xiàn)場進(jìn)行測量,然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。這種方法既費(fèi)力氣又費(fèi)時(shí)間,而且對(duì)于一些難以進(jìn)入的場地,獲取數(shù)據(jù)是非常困難的,甚至是危險(xiǎn)的。
基于這些考慮,工程技術(shù)人員開發(fā)出了ShapeMetrix 3D巖體三維成像及統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng),使得巖體結(jié)構(gòu)分析的工作變得得心應(yīng)手。
ShapeMetriX3D是一套全新的巖體三維成像系統(tǒng)。采用一臺(tái)標(biāo)定的照相機(jī),從兩個(gè)不同的角度來對(duì)指定的區(qū)域進(jìn)行成像,然后輸入計(jì)算機(jī)中合成三維模型。
ShapeMetriX3D工作過程大概如下
利用相機(jī)從兩個(gè)方向上采集兩張照片,輸入到軟件內(nèi)。
將兩幅圖片中心重合,劃定頂線和底線。
即可生成三維模型
選定模型分界線。
將兩個(gè)已經(jīng)建好的模型載入到軟件內(nèi),可以進(jìn)行拼接。
可以指定某一個(gè)面作為參考面。
將做好的模型,載入分析模塊中。可以確定任一點(diǎn)的GPS坐標(biāo),也可以確定任意結(jié)構(gòu)面的傾向、傾角、走向、長度、大小、面積、體積、高差等參數(shù)。
可以自動(dòng)生成等高線圖。
可以對(duì)這個(gè)模型進(jìn)行赤平投影分析和節(jié)理圖分析。
可以對(duì)體積進(jìn)行計(jì)算。
可以以多種格式輸出模型,如VRML、DXF、OBJ、TXT、EXCEL等。
可以采用多圖片方式,快速生成三維模型。
可以以多種模式查看模型。
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