CN110147526B - 一种钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法 - Google Patents

一种钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于地质测绘技术领域，公开了一种钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法，通过定性和定量相结合方法来确定均质区，提升岩体裂隙三维网络模型的准确性；采用重叠窗口法对密度绝对差这一指标进行裂隙岩体均质区；采用列联表卡方检验法对裂隙产状这一指标进行裂隙岩体均质区；基于结构面力学成因的定性岩体结构均质区划分方法；将定性和定量相结合方法确定均质区，为后续的结构面网络建模及渗流计算提供数据支持。本发明依据裂隙力学成因来进行钻孔岩体结构均质区划分，并与传统岩体结构统计均质区划分比较分析，得出两种方法相结合来确定岩体结构均质区效果更佳。

Description

一种钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法
技术领域
本发明属于地质测绘技术领域，尤其涉及一种钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：在地下工程中，由于不同部位结构面的空间分布规律的不同，使得地下不同部位的地质、地质力学和水文地质特征等存在着差异。在对地下工程进行裂隙网络模拟和岩体渗流特征分析时，确定岩体结构均质区是很有必要的工作。已有的均质区划分方法是在裂隙几何特征调查的基础上通过对几何参数在统计上的相对均质来确定均质区。但是在钻孔裂隙发育区段的岩体渗透特征时，根据渗透张量计算公式可知，隙宽是影响渗透张量的主要参数。传统方法通过岩芯直接测量裂隙隙宽，因裂隙间应力释放，导致隙宽远远大于真实值，同时采用放大镜测量隙宽时需要进行测量换算，工作量巨大。钻孔电视对规模较大的近垂直裂隙测得的隙宽因钻孔壁的破损导致测量值大于实际隙宽值。因此基于裂隙几何特征调查统计来确定钻孔岩体结构均质区存在一定的误差。
综上所述，现有技术存在的问题是：
传统方法可以通过岩芯直接测量裂隙隙宽，工作量巨大且精度较低，不能反应隙宽真实情况，钻孔电视对规模较大的近垂直裂隙测得的隙宽远大于实际岩心测得的隙宽；因此直接基于裂隙调查统计来确定钻孔岩体结构均质区存在误差。
解决上述技术问题的难度：
如何获取和修正裂隙统计几何参数来进行岩体结构均质区划分。
解决上述技术问题的意义：
对后期岩体裂隙三维网络模拟和渗透性分析提供准确数据支持。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法。
本发明是这样实现的，一种钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法所述钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法通过重叠窗口法和列联表卡方检验法的定量方法和依据结构面的力学成因的定性方法相结合来确定。
进一步，所述钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法包括以下步骤：
第一步，采用重叠窗口法对密度绝对差这一指标进行裂隙岩体均质区；
第二步，采用列联表卡方检验法对裂隙产状这一指标进行裂隙岩体均质区；
第三步，基于结构面力学成因的定性岩体结构均质区划分方法；
第四步，将定性和定量相结合方法确定均质区，为后续的结构面网络建模及渗流计算提供数据支持。
进一步，所述第一步的采用重叠窗口法对密度绝对差这一指标进行裂隙岩体均质区，具体流程为：
根据钻孔结果面密度随深度的变化情况，确定窗口宽度和步距，一般至少六组宽度+步距来对比，利用EXCEL软件统计每组线密度绝对差随深度变化情况来确定均质区。
进一步，所述第二步的采用列联表卡方检验法对裂隙产状这一指标进行裂隙岩体均质区，具体流程为：
利用DIP软件确定钻了裂隙优势组；按照优势组结果，将结构面产状为划分不同区间，统计不同裂隙频数；利用TCF修正系数，通过EXCEL修正统计的裂隙频数并建立两个深度区间列联表；根据列联表确定自由度及显著性水平，根据自由度和显著水平查卡方分布表，确定临界卡方值；通过计算卡方值与临界卡方值对比判断相邻深度区间是否为均质区。
TCF＝1/cosδ                                          (1)
cosδ＝|cos(αn-αs)cosβncosβs+sinβnsinβs|                   (2)
式中：TCF为修正系数；δ为钻孔轴线和裂隙法线夹角；αn和βn为裂隙法线倾向和倾角；αs和βs为钻孔轴线倾向和倾角，α和β为裂隙倾向和倾角。
列联表
Figure BDA0002089756480000031
进一步，所述第三步的基于结构面力学成因的定性岩体结构均质区划分方法，具体流程为：
在岩体应力水平调查的基础上，利用origin软件绘制应力值随深度变化图，根据最大、最小主应力和垂向主应力之间的大小关系，确定应力变化的深度区间；根据裂隙力学成因，分析不同深度区间岩体裂隙形态、密度和隙宽来定性确定岩体结构均质区。
本发明采用重叠窗口法对密度绝对差这一指标进行裂隙岩体均质区；根据裂隙产状统计数据，对列联表中裂隙实际频数偏差进行了取样偏差修正，然后利用修正数据对相邻区间进行独立性检验来确定裂隙岩体均质区；基于结构面力学成因的定性岩体结构均质区划分方法；采用数学原理对定量和定性的分区结果综合考虑获得最终的均质区。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：通过定性和定量相结合方法来确定均质区，提升岩体三维网络模型的准确性。
本发明为重庆工商大学高层次人才科研启动项目(950318066)和岩土力学与工程国家重点实验室资助课题(Z017010)资助。
附图说明
图1是本发明实施例提供的钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明依据结构面的力学成因来进行钻孔岩体结构均质区划分，并与传统岩体结构统计均质区划分比较分析，得出两种方法相结合来确定岩体结构均质区效果更佳。均质区通过重叠窗口法和列联表卡方检验法的定量方法和依据结构面的力学成因的定性方法相结合来确定。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法包括以下步骤：
S101：采用重叠窗口法对密度绝对差这一指标进行裂隙岩体均质区；
S102：采用列联表卡方检验法对裂隙产状这一指标进行裂隙岩体均质区；
S103：基于结构面力学成因的定性岩体结构均质区划分方法；
S104：将定性和定量相结合方法确定均质区，为后续的结构面网络建模及渗流计算提供数据支持。
进一步，所述第一步的采用重叠窗口法对密度绝对差这一指标进行裂隙岩体均质区，具体流程为：
根据钻孔结果面密度随深度的变化情况，确定窗口宽度和步距，一般至少六组宽度+步距来对比，利用EXCEL软件统计每组线密度绝对差随深度变化情况来确定均质区。
进一步，所述第二步的采用列联表卡方检验法对裂隙产状这一指标进行裂隙岩体均质区，具体流程为：
利用DIP软件确定钻了裂隙优势组；按照优势组结果，将结构面产状为划分不同区间，统计不同裂隙频数；利用TCF修正系数，通过EXCEL修正统计的裂隙频数并建立两个深度区间列联表；根据列联表确定自由度及显著性水平，根据自由度和显著水平查卡方分布表，确定临界卡方值；通过计算卡方值与临界卡方值对比判断相邻深度区间是否为均质区。
TCF＝1/cosδ                                          (1)
cosδ＝|cos(αn-αs)cosβncosβs+sinβnsinβs|                   (2)
式中：TCF为修正系数；δ为钻孔轴线和裂隙法线夹角；αn和βn为裂隙法线倾向和倾角；αs和βs为钻孔轴线倾向和倾角，α和β为裂隙倾向和倾角。
列联表
Figure BDA0002089756480000051
进一步，所述第三步的基于结构面力学成因的定性岩体结构均质区划分方法，具体流程为：
在岩体应力水平调查的基础上，利用origin软件绘制应力值随深度变化图，根据最大、最小主应力和垂向主应力之间的大小关系，确定应力变化的深度区间；根据裂隙力学成因，分析不同深度区间岩体裂隙形态、密度和隙宽来定性确定岩体结构均质区。
本发明采用重叠窗口法对密度绝对差这一指标进行裂隙岩体均质区；根据裂隙产状统计数据，对列联表中裂隙实际频数偏差进行了取样偏差修正，然后利用修正数据对相邻区间进行独立性检验来确定裂隙岩体均质区；基于结构面力学成因的定性岩体结构均质区划分方法；采用数学原理对定量和定性的分区结果综合考虑获得最终的均质区。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法，其特征在于，所述钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法通过定性和定量相结合方法确定均质区；
所述钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法包括以下步骤：
第一步，采用重叠窗口法对密度绝对差这一指标进行裂隙岩体均质区；
第二步，采用列联表卡方检验法对裂隙产状这一指标进行裂隙岩体均质区；
第三步，基于结构面力学成因的定性岩体结构均质区划分方法；
第四步，将定性和定量相结合方法确定均质区，为后续的结构面网络建模及渗流计算提供数据支持；
所述第一步的采用重叠窗口法对密度绝对差这一指标进行裂隙岩体均质区，具体流程为：
根据钻孔结果面密度随深度的变化情况，确定窗口宽度和步距，至少六组宽度+步距来对比，利用EXCEL软件统计每组线密度绝对差随深度变化情况来确定均质区；
所述第二步的采用列联表卡方检验法对裂隙产状这一指标进行裂隙岩体均质区，具体流程为：
利用DIP软件确定钻了裂隙优势组；按照优势组结果，将结构面产状为划分不同区间，统计不同裂隙频数；利用TCF修正系数，通过EXCEL修正统计的裂隙频数并建立两个深度区间列联表；根据列联表确定自由度及显著性水平，根据自由度和显著水平查卡方分布表，确定临界卡方值；通过计算卡方值与临界卡方值对比判断相邻深度区间是否为均质区；
TCF＝1/cosδ(1)
cosδ＝|cos(αn-αs)cosβncosβs+sinβnsinβs|(2)
式中：TCF为修正系数；δ为钻孔轴线和裂隙法线夹角；αn和βn为裂隙法线倾向和倾角；αs和βs为钻孔轴线倾向和倾角，α和β为裂隙倾向和倾角；
所述第三步的基于结构面力学成因的定性岩体结构均质区划分方法，具体流程为：
在岩体应力水平调查的基础上，利用origin软件绘制应力值随深度变化图，根据最大、最小主应力和垂向主应力之间的大小关系，确定应力变化的深度区间；根据裂隙力学成因，分析不同深度区间岩体裂隙形态、密度和隙宽来定性确定岩体结构均质区。
2.如权利要求1所述的钻孔裂隙岩体结构均质区划分方法，其特征在于，所述第一步，采用重叠窗口法对密度绝对差这一指标进行裂隙岩体均质区；所述第二步，根据裂隙产状统计数据，对列联表中裂隙实际频数偏差进行了取样偏差修正，然后利用修正数据对相邻区间进行独立性检验来确定裂隙岩体均质区；所述第三步，基于结构面力学成因的定性岩体结构均质区划分方法；所述第四步，采用数学原理对定量和定性的分区结果综合考虑获得最终的均质区。
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