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遺跡,如不整合、褶皺、斷層、節(jié)理、劈理、解理、層埋、片理等。它們在巖體力學中一般都統稱為節(jié)理。由于節(jié)理的存在,造成了巖體介質的不連續(xù),因而,這些界面又稱為不連續(xù)面或結構面。它造成了巖體的不連續(xù)性和各向異性,同時,還反映了區(qū)域地質構造和自然應力場的特征。
由于巖體中有結構面的存在,使巖體與完整巖石的力學特性之間有很大的差異。從巖體的力學屬性來看,可認為完整的巖體屬連續(xù)介質力學范疇;而碎屑巖體或糜棱巖體則屬土力學范疇;介于上述二者之間的裂隙巖體或破裂巖體,也統稱節(jié)理巖體,因它受節(jié)理切割的影響,可認為是有地質力學的屬性,即由地質的特點而決定其力學性質,其力學屬性被認為部分屬非連續(xù)介質力學的范疇。
① 【巖體結構】
巖體結構是指巖體中結構面與結構體的空間排列組合特征。巖體結構包括兩個基本要素或稱結構單元,即結構體(巖石)和結構面。
在《巖土工程勘察規(guī)范(GB 50021-2001)》中,將巖體結構劃分為5大類。目的:弄清巖體中結構面的情況及其力學屬性,建立符合實際工程巖體的地質力學模型。
結構面(亦稱弱面):巖體內存在的各種地質界面,包括:不連續(xù)面和物質分異面,如裂隙、節(jié)理、層理、軟弱夾層、斷層及斷裂破碎帶等。
結構面的分級
巖體中的各種結構面依其本身的產狀,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,稱為結構體。結構體的大小及形態(tài)主要取決于結構面的密度及其空間組合關系。結構體常見的形狀有:塊狀、柱狀、層狀、板狀、碎塊狀及碎屑狀;結構體的形狀與巖石類型有關;結構體的形狀還與區(qū)域構造運動強度密切相關。
② 【 結構面的幾何特征 】
01
結構面的產狀
結構面的產狀主要包含三方面內容:
走向:是指結構面與水平面相交的交線方向;
傾向:是與走向成垂直的方向,它是結構面上傾斜線最陡的方向;
傾角:是指水平面與結構面之間所夾的最大角度。
由于走向可根據傾向來加以推算,故一般只用傾向、傾角來表示,表示方法一般為傾向<傾角。
02
結構面的連續(xù)性
結構面的連續(xù)性又稱為結構面的延展性或貫通性,常用跡長、線連續(xù)性系數和面連續(xù)性系數表示。
跡長
結構面與勘測面交線的長度,稱為跡長。國際巖石力學學會(ISRM,1978年) 制訂的分級標準(見下表)。
線連續(xù)性系數Kl
是指沿結構面延伸方向上,結構面各段長度之和與測線長度的比值。
面連續(xù)性系數Ka
是指結構面延伸方向,結構面面積之和與被測試巖體總面積的比值,即
03
結構面的密度
結構面的密度是指結構面發(fā)育的密集程度,常用線密度、間距等指標表示。
線密度 Kρ :是指結構面法線方向單位測線長度上交切結構面的條數(條/m);
間距d :是指同一組結構面法線方向上兩相鄰結構面的平均距離。兩者互為倒數關系,即
當巖體上有n組方向的結構面時
則沿測線x上的n組結構面間距為:
n組結構面的密度為:
ISRM (1978年)結構面密度分級標準(見下表)。
③ 【 結構面的研究方法 】
傳統上對結構面的研究通常采用羅盤、尺子等工具到現場進行測量,然后對數據進行統計分析。這種方法既費力氣又費時間,而且對于一些難以進入的場地,獲取數據是非常困難的,甚至是危險的。
基于這些考慮,工程技術人員開發(fā)出了ShapeMetrix 3D巖體三維成像及統計分析系統,使得巖體結構分析的工作變得得心應手。
ShapeMetriX3D是一套全新的巖體三維成像系統。采用一臺標定的照相機,從兩個不同的角度來對指定的區(qū)域進行成像,然后輸入計算機中合成三維模型。
ShapeMetriX3D工作過程大概如下
利用相機從兩個方向上采集兩張照片,輸入到軟件內。
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。
將兩個已經建好的模型載入到軟件內,可以進行拼接。
可以指定某一個面作為參考面。
將做好的模型,載入分析模塊中。可以確定任一點的GPS坐標,也可以確定任意結構面的傾向、傾角、走向、長度、大小、面積、體積、高差等參數。
可以自動生成等高線圖。
可以對這個模型進行赤平投影分析和節(jié)理圖分析。
可以對體積進行計算。
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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