基于块体形状分类的爆堆块度三维几何参数估算

爆堆图像分析法是统计爆破后矿岩块度分布的主要方法,针对图像分割后得到的岩块二维图形,研究了通过岩块二维投影几何参数估算岩块体积的方法。统计分析岩体中节理面倾向、倾角和间距的概率分布,通过Monte Carlo随机模拟三维节理面网络,建立节理面切割的矿岩原始块度三维模型,利用3组相互垂直的平面切割块度三维模型获取块体二维轮廓。对于不同的二维形状参数φ值区间,分析三维形状参数ε和κ的变化规律并建立其与φ的关系式。利用块体形状分类方法将块度三维模型分成6个块体集合,根据形状假设理论,由统计数据得出块体实际体积的对数和球形假设估算的块体体积的对数呈线性相关,应用回归分析推导出得到通过三维形状参数估算岩块体积的公式,通过实验对比,根据二维几何参数估算的块体体积和块度模型的块体实际体积的分布规律一致。

金沙江乌东德水电站枢纽区高位自然边坡块体安全性评价与处理措施研究

高边坡是中国西部水电工程建设常遇的环境地质问题,乌东德水电站枢纽区所处金沙江河谷呈狭窄"V"型,谷坡高达830～1 036 m,其稳定状况不仅影响工程施工期安全,还事关工程运行安全。以现场地质调查分析为依据,简述了工程边坡开口线之上高位自然边坡存在的局部稳定问题,以块体为例进行了块体分类、稳定性评价、安全性分级与防治方案研究,提出了基于失稳模式的块体分类方法、针对块体类型的稳定性评价标准、考虑块体自身稳定性与影响工程对象重要的安全性分级原则、基于块体常规加固措施对比分析并综合考虑块体安全性等级、规模类型及特殊地形地质条件的块体防治措施,并吸取众多工程教训,创新性提出了率先实施高位自然边坡防治工程、消除工程施工与运行安全环境隐患的工程理念,为工程设计与施工提供了重要依据,可作为其它类似工程参考。

复杂地质条件局部不稳定块体预测与稳定分析

复杂地质条件下产生不稳定块体的原因有很多,因此以节理面切割为基础并采用块体理论进行的块体稳定分析,不能全面反映复杂地质条件下,大型地下洞室开挖中产生不稳定块体的实际情况。以锦屏一级水电站地下厂房工程为例,结合地下厂房第1层开挖揭露的实际地质情况,提出一种适合复杂地质条件下块体稳定分析的方法,即首先根据不稳定块体的成因和破坏特征将其进行分类,继而根据每种块体类型的特征,进行针对性的研究并提出相应的处理措施。根据锦屏一级地下厂房第1层开挖现场情况,块体被分为3种类型:断层破碎带影响掉块(Ⅰ型掉块)、高地应力片帮掉块(Ⅱ型掉块)和节理面切割掉块(Ⅲ型掉块)。对Ⅰ型和Ⅱ型掉块发生位置进行统计分析,得出其分布规律,从而对下层进一步开挖这两种掉块可能产生的位置进行预测提供了依据。对于Ⅲ型掉块,以块体理论为基础,对第1层开挖后存在的和可能存在的不稳定块体进行稳定性分析,从而后续的加固措施提供了依据。该研究成果,应用于锦屏一级水电站地下厂房施工现场,满足了工程的需要,对其他工程有一定的借鉴意义。

基于块体二维图形的岩块三维筛分尺寸研究

为实现破碎岩石的三维块度分布估算,研究了根据图像分割后的岩块二维图形计算岩块三维筛分尺寸的方法。通过块体三维形状参数ε和κ对块体进行分类,根据分类结果计算块体的等效尺寸作为过筛块度尺寸。利用岩体结构面网络模拟建立三维岩块模型集合,利用一组平面对其进行切割得到岩块对应的二维轮廓线,根据岩块二维轮廓线和岩块三维模型分别计算块体的二维和三维几何特征参数值,从而利用统计分析和回归分析建立二维和三维几何特征参数之间的关系,推导出通过二维几何参数计算岩块筛分尺寸的公式,最终得到定量的矿岩块度分布。实验对比表明,根据二维几何特征参数计算的块体筛分尺寸和三维岩块模型的块体实际筛分尺寸分布规律基本一致。

节理岩体矿岩块度三维模拟研究

为实现矿岩块度预测的三维可视化模拟,根据岩体内节理面倾向、倾角和节理间距等几何参数的分布规律,采用Boost Random库实现节理面Monte Carlo随机模拟,从而建立原始块度预测的节理素描文件,然后引入崩落块度修正系数计算崩落块度预测的节理素描文件。根据节理素描文件数据计算三维节理面网络,逐个取出节理面平面,对模拟范围的长方体模型进行切割,建立块度三维模型。利用块度三维模型分别计算块体的容积系数和共线性值,对块体进行形状分类。结合VTK库和HOOPS 3D实现上述算法,以普朗铜矿自然崩落法为例对首采区原始块度进行预测:块体体积的四分位点分别为0.164,0.403,0.853 m^3,块体等效尺寸在0.5~3.0 m区间时块体占较大的体积百分比;同时,根据块体等效尺寸分布曲线得到放矿口的尺寸应大于5 m×5 m。研究结果表明:该方法能够根据现场节理面调查结果模拟岩体内节理分布,进而利用矿岩块度三维模型实现矿岩块度的预测和统计分析,为自然崩落法开采研究提供了重要依据。