基于钻孔摄像的岩体结构面参数快速提取研究

目的:岩体结构面决定着岩体强度和承载能力,直接影响着地下工程允许暴露面积和暴露时间。钻孔摄像是获取岩体深部结构面的重要方法。论文针对当前钻孔摄像获得岩体结构面参数自动提取难、精度差等问题开展研究。方法:分析了钻孔摄像中结构面的特征,研究了三维钻孔模型到二维平面展开过程中,钻孔图像中结构面与平面展开图上的节理轨迹的对应关系,提出了基于钻孔摄像图像信息反向重构三维空间钻孔和结构面的流程和参数提取方法。重点突破了基于钻孔图像信息的节理信息提取的坐标转换、结构面拟合和结构面倾向、倾角和迹宽等参数提取方法等三个关键技术(创新点),利用Python开发语言,基于PyCharm作为集成开发环境,使用PyQt5图形控件、Numpy数值计算库和SQLite数据库,开发了钻孔图像结构面参数自动提取软件,并成功应用于某矿山地下钻孔岩体结构面参数的提取。结果:应用结果表明本文设计的方法和开发的系统具有提取速度快、准确度高的特点。结论:本文研究为钻孔结构面参数快速提取提供了一套有益的方法。

Structural Characteristics and Mechanical Properties of Rock Mass in the Field of Tianwan Nuclear Power Plant, China

The structural characteristics and mechanical properties of the rock mass are important parts of the feasibility study on the nuclear power engineering field. In this study, by means of in situ investigation and statistics, the structural plane and joint fissure features of the rock mass were analyzed and discussed at different plots and different depth scopes in the Tianwan Nuclear Power engineering field, the rock mass integrality and its weathered degree were evaluated respectively, and especially, the unfavorable geological phenomena of strongly-weathered cystid existing in the field were studied. According to the results of indoor rock mechanical tests, in combination with drilling, the shallow seismic prospecting, sonic logging and point load tests, the statistical results of physical and mechanical indices of rocks at key plots of the field were analyzed, and the design parameters of the field were calculated. It provided scientific basis for the foundation design of the nuclear power plant.

一种改进鱼群聚类算法在结构面分组中的应用

针对结构面产状常规分类方法存在的不足,提出一种新型的结构面分类算法.基于K-Means算法的结构面分类,将人工鱼群算法(artificial fish swarm algorithm,AFSA)与K-Means算法相结合,建立了AFSA-RSK结构面分类算法.利用鱼群算法强大的寻优能力,代替K-Means算法对结构面产状聚心集进行搜寻,并通过K-Means算法进行聚类.聚类完成后,选择相应参数指标对聚类效果进行评价.针对存在的问题,对鱼群算法的步长和视野进行修正,提高寻找聚心集的精度,动态地调整了聚类过程.将改进后的AFSA-RSK算法与其他算法进行比较,结果表明在迭代速度、聚类精度以及内存占比上,改进后的AFSA-RSK算法都要更优,更适合在结构面分组方面的应用.

轮压作用下岩壁吊车梁的三维应力和实测对比

地下厂房岩壁吊车梁这一新型结构已在我国得到广泛应用。本文在二维分析的基础上，对东风水电站地下厂房岩壁吊车梁锚杆的轮压应力（由吊车荷载引起的应力）进行了计算，分析了影响因素，阐述了吊车梁的承载机理，并与现场吊车承载试验的实测值进行了对比，两者符合较好，不仅数值相近，而且应力分布规律和吊车荷载的影响范围也较一致，从而使数值分析得到了实践的检验。

水力作用下顺层岩质边坡稳定性分析

通过对顺层岩质边坡中地下水力作用进行分析,认为地下水力作用主要为沿结构面分布的裂隙水压力和拖拽力。分析了滑动破坏中的控稳优势结构面,认为该面上的张裂隙静水压力、滑动面扬压力以及拖拽力的大小均取决于后缘张裂隙的充水高度。将典型岩石边坡进行简化假设,利用简化后的边坡水力学分析模型,推导出边坡稳定系数和决定边坡稳定性的张裂隙充水临界高度的表达式。选取实际边坡进行分析和计算,验证了公式的合理性,结果表明地下水作用下边坡稳定系数的降低主要与静水压力有关,而渗透力的影响很小。

基于孔内影像的岩石节理粗糙度特征研究

目前对岩石结构表面粗糙度的研究往往只局限于地表,难以反映深部岩石节理粗糙度的特征。钻孔孔壁上节理轮廓线包含有三维信息的特点,本文开展了基于数字钻孔摄像技术的岩石节理粗糙度分形特征的研究,利用数字钻孔摄像系统获取地下深度岩石节理全景图,采用边缘检测技术从全景图中提取出节理轮廓线,对其进行空间变换和视距离变换得到地下岩石节理粗糙表面轮廓线的真实状况。与Barton提出的10条标准剖面曲线进行对比得到每条轮廓线的JRC值,并计算其分形维数,根据最小二乘法原理拟合出JRC与分形维数之间的关系为:φ(D)=JRC=-541.9x2+1362x-818.53。本文研究内容为描述地下深部天然节理的结构及其特征提供了基础,对更深入地研究地下深部岩石节理的表面空间状况有重要的意义。

逆层岩质边坡地震动力破坏过程FLAC/PFC^(2D)耦合数值模拟分析

建立含有非贯通层面和正交次级节理的逆层岩质边坡FLAC/PFC2D耦合计算模型,进行地震动力破坏过程模拟试验,研究了逆层岩质边坡地震动力破坏机理。试验结果证明,在地震动力破坏过程中,边坡内部层面主要产生剪切破坏,少量张拉破坏集中于逆层边坡顶部位置并且总是发生在坡体已经产生动力失稳之后,因此层面的抗拉强度并不影响逆层边坡的地震动力稳定性。坡顶正交次级节理只能产生张拉破坏,形成宏观的岩层倾倒趋势,而坡底的正交次级节理既会产生张拉破坏,也会产生剪切破坏,破坏面滑动趋势明显。动力响应坡顶放大效应和破坏面发育位置深度导致坡顶岩体的张拉倾倒早于坡底岩体的剪切滑动,与逆层边坡静力倾倒破坏顺序相反。

基于结构面参数概率分布更新的节理岩质边坡可靠性分析

岩质边坡节理裂隙通常十分复杂且其分布具有较大的随机性,准确地模拟岩体随机裂隙网络对边坡稳定性分析至关重要,然而目前的模拟方法不能较好融合结构面露头实测数据。提出基于贝叶斯更新方法优化结构面几何和抗剪强度参数概率分布,修正边坡岩体随机裂隙网络模型,其中将融合的结构面现场实测数据表征为样本分布。在此基础上,同时考虑结构面几何参数(倾角、迹长)和抗剪强度参数(内摩擦角、黏聚力)的不确定性,采用非侵入式随机有限元法进行节理岩质边坡可靠度分析。以小湾水电站左岸4号山梁边坡模型为例说明提出方法的有效性。结果表明:贝叶斯更新方法和解析解获得的结构面参数后验概率分布几乎一致,前者能够有效地融合现场实测数据降低对结构面参数不确定性的估计和优化参数概率分布,进而生成更贴近工程实际的边坡岩体裂隙网络模型和获得更客观的边坡可靠性分析结果。采用结构面参数后验信息生成边坡岩体裂隙网络模型和进行边坡可靠性分析,获得的后验失效概率显著低于边坡先验失效概率。

锚索对结构面的锚固抗剪效应研究

对含结构面岩体的锚索锚固机理做了室内模拟实验研究,分别模拟了不同锚索安装角及不同结构面粗糙程度下锚索的抗剪特性;同时,为了更深入地研究锚索的受力情况,在锚索上布置了应变片,量测了不同加载阶段下锚索中钢绞线的受力状况。从实验结果来看,得到了一些有意义的结论。

层状裂隙岩体稳定性分析的主要问题

结合小浪底地下厂房及江阴大桥等国家重点工程的岩体稳定性研究 ,对层状裂隙岩体稳定分析中的地质模型、计算参数及计算方法等主要问题作了探讨。提出了建立概化地质模型及计算参数的多种方法综合取值 ,并采用考虑结构面变形的非线性有限元分析方法等 ,计算结果与施工监测成果基本吻合。

中缓倾角结构面分类及其抗剪强度的研究

西南某坝区中缓倾角结构面具有分别倾向上游和下游的空间分布规律。根据结构面接触情况,首先将结构面分为刚性结构面和软弱结构面两大类。其中,刚性结构面属于裂隙型;软弱结构面根据其物质组成和结构特征,可以细分为岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹岩屑型3个亚类。断层类结构面具有垂直于断层走向,由高高程到低高程,由泥夹岩屑型→岩屑夹泥型→岩屑砾型→裂隙型逐渐过渡的发育规律。最后在分析抗剪试验资料和分类及发育规律的基础上,提出了抗剪强度指标的建议值。

单节理岩体抗压强度的数值模拟

为研究单节理岩体抗压强度随节理面倾角及围压变化时的变化规律,利用数值模拟软件UDEC对围压一定时不同节理面倾角的岩体进行了抗压强度实验.结果表明：围压一定,随节理面倾角的增大,岩体抗压强度先减小后增大,在倾角介于45°～60°时抗压强度达到最低值,呈典型的＂U＂形趋势;节理面倾角一定,随着围压的增大岩体抗压强度也随之增大,整体呈线性变化趋势,可拟合为一次函数,与理论导出式一致;随节理面倾角增大岩体抗压强度增大幅度呈先减小后增大趋势,近似于围压一定时岩体抗压强度随节理面倾角变化规律.

一种裂隙岩体渗流场有限元分析的改进模型

研究裂隙岩体渗流的模型有等效连续介质模型、裂隙网络模型和双重介质模型等。等效连续介质模型受到样本单元体REV的限制,裂隙网络模型和双重介质模型复杂,处理难度较大。为此,在分区的同时考虑结构面和岩块的渗透特性,并考虑结构面法向与岩块之间的水力交换,利用两类介质接触处水头相等及节点流量平衡建立新的模型。对所建立模型的渗流场有限元公式进行推导,并通过与试验结果对比验证了该模型的正确性及实用性。

提高节理面c和φ对岩坡开挖变形的影响

为了反映岩质边坡在节理面注浆后的变形效应,首先,通过室内试验,分析注浆前后岩体变形和破坏的全过程,以探讨其抗剪性能(粘结力c和内摩擦角φ)的变化;然后,基于理想弹塑性本构模型的Mohr-Cou-lomb准则,运用拉格朗日元数值方法(FLAC3D),对岩坡注浆前后变形效应(水平位移、垂直位移、剪应变增量)进行模拟。结果表明:注浆加固后,岩体的位移场变得均匀和连续,节理面处的较大位移受到抑制,边坡的整体性得到提高,有利于边坡的稳定性。

陕西安塞城区基岩崩塌主控构造因素分析

安塞区主城区范围内的基岩地层发育一以延河为枢纽线、走向约330°的背斜构造,在基岩地层中普遍发育走向与褶皱轴面平行(320°~340°)和垂直(40°~60°)两个方位的两组张性节理,还发育有两组与褶皱轴斜交的共轭剪切节理,第一组共轭剪切节理面走向为近南北(0°~10°)和近东西(80°~90°),第二组共轭剪切节理面走向为100°~120°和200°~210°。上述基岩中发育的、不同走向的多组节理面对研究区内具相同走向分布特征的崩塌结构控制面的发育有较强控制作用。第一组共轭剪节理中走向近东西(80°~90°)的节理面控制着研究区内发育程度最高的崩塌结构控制面,它与区内岩质崩塌的发育相关程度最高;其次是两组张性节理面分别控制着走向相同且发育程度较高的两组岩质崩塌结构控制面,第二组共轭剪节理面则控制着区内发育程度相对较低的、走向与共轭节理面相同的两组崩塌结构控制面。

某钨矿岩体结构面调查与分析

某钨矿经过几十年开采留下大量采空区,并存在较大安全隐患。通过对该矿岩体结构面工程地质调查和节理产状、节理间距统计及其对空区稳定性影响分析,认为结构弱面是影响该矿采空区稳定的重要因素之一。

地震作用下含岩桥边坡系统可靠性分析

对于岩质边坡而言,节理面是边坡的失稳潜在影响因素。在地震作用下,地震所产生的附加力会进一步影响边坡的稳定性。基于平面岩质边坡模型,研究其在地震作用下的稳定性,并对其系统可靠性进行评估。采用极限平衡法推导平面型岩质边坡安全系数的计算公式,并利用拉丁超立方体抽样(LHS)方法估算其可靠性。以此确定不同的破坏模式对系统可靠性指标的影响程度,并分析不同的参数以及张拉裂缝位置对平面型岩质边坡可靠性的影响。研究结果表明:在系统可靠性评估过程中,LHS方法有着较高的计算效率。平面型岩质边坡各种破坏模式对系统可靠性的影响程度有所差异。张拉裂缝位于坡顶时其倾角以及水平地震因子对系统可靠性指标的影响均较为显著。边坡破坏概率随着块体裂隙连通率的增大而显著增加。

岩体节理面三维网络模拟方法构建与应用

岩体节理是研究岩体物理力学性质的基础,但其通常深埋在岩体内部,很难全面了解其空间分布形态。为展现岩体节理面在三维空间的发育特征,掌握节理裂隙在岩体内的分布规律,构建岩体节理面三维空间分布模型。以广西盘龙铅锌矿为研究对象,采用测线法获取现场节理基本信息,运用概率论与数理统计对节理几何参数进行统计分析,并确定参数分布的概率模型。根据蒙特卡洛模拟原理结合Excel中产生随机数的相关函数,获取模拟数据,利用Auto LISP语言编写模拟程序,在CAD中生成三维节理面网络模型,并将该模型运用到岩体质量分级中。研究表明:节理面三维网络模拟效果良好,在岩体质量评价中充分体现了各项异性特征,评价结果更符合实际,该方法为岩体节理面研究提供了一种新的思路与途径。

基于小尺度量测值的岩体结构面粗糙度系数分析

介绍了R/S分析法的基本原理 ,对H .E .Hurst经验关系式进行了修正 ,建立了以小尺度的量测结果来反映大尺度范围内岩体结构面粗糙度系数的计算式 .

围岩结构面对巷道稳定性的影响分析

巷道围岩结构面与主应力方向的夹角以及结构面的倾角是巷道开挖以后围岩破坏模式的关键影响因素。为了掌握结构面对围岩强度的影响规律,根据现场实际地质条件,采用数值模拟软件PFC2D对巷道围岩的结构面进行预设,从结构面与主应力的方向关系、层理的倾角等因素对巷道围岩的破坏模式的影响进行分析。结果表明垂直主应力占主导作用时,层理倾角达到30°时是巷道围岩发生整体失稳的临界点,得出了层理倾角达到巷道破坏的起始部位、转移路线以及重点破坏区域,以此为依据,现场施工取得良好效果。