CN110261578B - 一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统 - Google Patents

一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110261578B
CN110261578B CN201910565653.7A CN201910565653A CN110261578B CN 110261578 B CN110261578 B CN 110261578B CN 201910565653 A CN201910565653 A CN 201910565653A CN 110261578 B CN110261578 B CN 110261578B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rock mass
structural surface
fractured rock
structural
stability analysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910565653.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110261578A (zh
Inventor
王述红
朱承金
王鹏宇
张紫杉
邱伟
王帅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeastern University China
Original Assignee
Northeastern University China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeastern University China filed Critical Northeastern University China
Priority to CN201910565653.7A priority Critical patent/CN110261578B/zh
Priority to PCT/CN2019/097071 priority patent/WO2020258426A1/zh
Publication of CN110261578A publication Critical patent/CN110261578A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110261578B publication Critical patent/CN110261578B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统，属于岩体稳定性分析领域，考虑裂隙岩体沿结构面发生相对位移时粗糙度对结构面抗剪强度的影响，提出将结构面粗糙度导入岩体稳定性分析系统并据此进行分析。先对裂隙岩体进行现场取样，并利用粗糙度测量仪测量结构面粗糙度的平均基长L和平均高度h，据此得到分形维数D及结构面粗糙系数JRC，进而计算出岩体结构面抗剪强度τ。通过无人机多层次全方位摄影测量边坡结构面信息并导入裂隙岩体稳定性分析模型中，将测得的岩体结构面抗剪强度τ赋予到结构面上，进行岩体稳定性分析，搜索出关键块体，对关键块体治理提出指导性建议，实用性强，为裂隙岩体稳定性分析及治理贡献了一种新手段。

Description

一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统
技术领域
本发明属于岩体稳定性分析领域，尤其涉及一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统。
背景技术
目前，岩体稳定性问题是我国水利水电、公路、铁路和矿产资源开发等建设工程中常见的岩土工程问题。自然滑坡、隧道垮塌及人类工程活动等引起的岩体灾害对我国经济建设和人民生命财产带来了巨大损失，因此岩体工程在各类工程建设中的地位是十分重要的，正确的评价岩体的稳定性，防患于未然，能确保生产建设与人民财产安全。
岩体稳定性分析中一般将岩体结构面假设为平面，而实际其为有粗糙度的面，且实际工程中内聚力较难测得，故需要一种从粗糙度角度分析岩体稳定性的方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明考虑了裂隙岩体沿结构面发生相对位移时粗糙度对结构面抗剪强度的影响，提出将结构面粗糙度导入岩体稳定性分析系统并据此进行分析。首先对裂隙岩体进行现场取样，并利用粗糙度测量仪测量结构面粗糙度的平均基长L和平均高度h，据此得到分形维数D及结构面粗糙系数JRC，进而计算出岩体结构面抗剪强度参数τ。通过无人机多层次全方位摄影测量边坡结构面信息，得到边坡结构面坐标参数以及出露迹长，并通过最小二乘法计算结构面倾向、倾角，并将结构面信息导入裂隙岩体稳定性分析模型中，结构面切割裂隙岩体稳定性分析模型，形成块体系统。将测得的岩体结构面抗剪强度τ赋予到结构面上，运行程序进行岩体稳定性分析，搜索出关键块体，并根据分析结果对关键块体治理提出指导性建议，实用性强，为裂隙岩体稳定性分析及治理贡献了一种新手段。
具体技术方案如下：
一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统，其特征在于，包括以下步骤：
(1)现场获取工程裂隙岩体，室内试验测得其密度、弹性模量，粗糙度测量仪测量裂隙岩体结构面粗糙度的平均基长L和平均高度h；
(2)利用测定的裂隙岩体结构面粗糙度的平均基长L和平均高度h计算岩体结构面的分形维数，即D＝log104/log10[2(1+cot-1(2h/L))]；
(3)进而由分形维数确定结构面粗糙系数(JRC)值，即JRC＝85.2671(D-1)0.5679；
(4)预测岩体各结构面抗剪强度τ：
τ＝σtan[JRClog10(JCS/σ)+Φb]
其中σ为有效法向应力，Φb为裂隙岩体结构面的内摩擦角，JCS为结构面压缩强度。
(5)通过无人机多层次全方位摄影测量裂隙岩体三维模型和边坡结构面信息，得到裂隙岩体稳定性分析模型、边坡结构面坐标参数以及出露迹长，，假设该结构面平面方程为：
Z＝AX+BY+C
其中A、B、C为平面参数，可得该平面法向量n为(-A,-B,1)。对该结构面进行点的拾取，任意不共线的n个点(n>3)，可以得到方程：
Figure BDA0002109487300000031
利用最小二乘法解算(A,B,C)为：
Figure BDA0002109487300000032
结构面倾向
Figure BDA0002109487300000033
结构面倾角
Figure BDA0002109487300000034
(6)将(5)获取的结构面信息导入裂隙岩体稳定性分析模型中，结构面切割裂隙岩体稳定性分析模型，形成块体系统。
(7)将(4)测得的岩体结构面抗剪强度τ赋予到结构面上，程序运算，搜索关键块体，确定关键块体位置、数量及安全系数Fs，并对关键块体进行锚固或剥离。
与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
现有的裂隙岩体稳定性分析系统一般采用实验室获取结构面抗剪强度参数c和
Figure BDA0002109487300000035
后根据摩尔-库伦强度准则确定结构面抗剪强度τ来进行岩体稳定性分析，没有考虑实际裂隙岩体的结构面特征。而裂隙岩体结构面是具有粗糙度的不光滑面，应密切考虑其对结构面抗剪强度的影响，故提出考虑结构面粗糙度的岩体稳定性分析系统。利用粗糙度测量仪测量结构面粗糙度参数，获取分形维数D及结构面粗糙系数JRC，进而计算出岩体结构面抗剪强度τ。通过无人机多层次全方位摄影测量边坡结构面信息，得到边坡结构面坐标参数以及出露迹长，并通过最小二乘法计算结构面倾向、倾角，并将结构面信息导入裂隙岩体稳定性分析模型中，结构面切割裂隙岩体稳定性分析模型，形成块体系统。将测得的岩体结构面抗剪强度τ赋予到结构面上，运行程序进行岩体稳定性分析，搜索出关键块体，并根据分析结果对关键块体治理提出指导性建议，实用性强，为裂隙岩体稳定性分析及治理贡献了一种新手段。
附图说明
图1为考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统程序步骤流程图；
图2为经本发明系统计算后的关键块体位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明的一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统，包括以下内容：
(1)现场获取工程裂隙岩体，室内试验测得其密度为2300kg/m3、弹性模量为15.2GPa，粗糙度测量仪测量裂隙岩体结构面粗糙度的平均基长L和平均高度h，具体数值分别为：平均基长L为15.2mm，平均高度h为2.92mm，
(2)利用测定的裂隙岩体结构面粗糙度的平均基长L和平均高度h计算岩体结构面的分形维数，即D＝log104/log10[2(1+cot-1(2h/L))]，代入数据得，D＝1.02501；
(3)进而由分形维数确定结构面粗糙系数(JRC)值，即JRC＝85.2671(D-1)0.5679，代入数据得，JRC＝10.498；
(4)预测岩体抗剪强度τ：
τ＝σtan[JRClog10(JCS/σ)+Φb]
其中σ为有效法向应力，Φb为裂隙岩体结构面的内摩擦角，JCS为结构面压缩强度。其具体数值如下：σ＝10MPa，Φb＝40°，JCS＝100MPa，代入数据得，τ＝2.36MPa。
(5)通过无人机多层次全方位摄影测量裂隙岩体三维模型和边坡结构面信息，得到裂隙岩体稳定性分析模型、边坡结构面坐标参数以及出露迹长，，裂隙岩体稳定性分析模型的尺寸如下：顶面长度为100m，宽度为20m，底面长度为100m，宽度为30m，岩体高度为100m。
假设该结构面平面方程为：
Z＝AX+BY+C
其中A、B、C为平面参数，可得该平面法向量n为(-A,-B,1)。对该结构面进行点的拾取，任意不共线的n个点(n>3)，可以得到方程：
Figure BDA0002109487300000051
利用最小二乘法解算(A,B,C)为：
Figure BDA0002109487300000061
结构面倾向
Figure BDA0002109487300000062
结构面倾角
Figure BDA0002109487300000063
计算可得结构面产状信息如表1所示：
表1结构面产状信息
Figure BDA0002109487300000064
(6)将(5)计算得到的结构面信息导入裂隙岩体稳定性分析模型中，结构面切割裂隙岩体稳定性分析模型，形成块体系统。
(7)将(4)测得的岩体结构面抗剪强度τ＝2.36MPa赋予到结构面上，程序运算，搜索关键块体，确定关键块体位置、数量及安全系数Fs，并对关键块体进行锚固或剥离。关键块体相关信息如表2所示：
表2关键块体相关信息
Figure BDA0002109487300000071
根据相关设计规范规定，边坡在正常工况下的安全系数大于1.200时，可认为其满足稳定性要求。相应不满足稳定性要求的关键块体，需尽快对其采取措施进行治理。根据安全系数计算结果，预失稳的块体有关键块体1、关键块体2、关键块体4、关键块体7、关键块体8及关键块体9。
根据图2所表征的关键块体位置，对体积量大的预失稳关键块体2、关键块体4、关键块体7及关键块体8进行锚固支护，对体积量小或对岩体整体稳定性影响较小的预失稳关键块体1及关键块体9进行剥离，避免岩体自行失稳，造成重大损失。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统，其特征在于，包括以下步骤：
(1)现场获取裂隙岩体，室内试验测得其密度、弹性模量，粗糙度测量仪测量裂隙岩体结构面粗糙度的平均基长L和平均高度h；
(2)利用测定的裂隙岩体结构面粗糙度的平均基长L和平均高度h计算裂隙岩体结构面的分形维数：
D＝log104/log10[2(1+cot-1(2h/L))]；
(3)进而由分形维数确定结构面粗糙系数(JRC)值：
JRC＝85.2671(D-1)0.5679；
(4)预测裂隙岩体各结构面抗剪强度τ：
τ＝σtan[JRClog10(JCS/σ)+Φb]；
其中σ为有效法向应力，Φb为裂隙岩体结构面的内摩擦角，JCS为结构面压缩强度；
(5)通过无人机多层次全方位摄影测量裂隙岩体三维模型和边坡结构面信息，得到裂隙岩体稳定性分析模型、边坡结构面坐标参数以及出露迹长，假设该结构面平面方程为：Z＝AX+BY+C，其中A、B、C为平面参数，可得该平面法向量n为(-A,-B,1)，对该结构面进行点的拾取，任意不共线的n个点，n>3，可以得到方程：
Figure FDA0002523473990000021
利用最小二乘法解算(A,B,C)为：
Figure FDA0002523473990000022
结构面倾向
Figure FDA0002523473990000023
结构面倾角
Figure FDA0002523473990000024
(6)将(5)获取的结构面信息导入裂隙岩体稳定性分析模型中，结构面切割裂隙岩体稳定性分析模型，形成块体系统；
(7)将(4)测得的裂隙岩体结构面抗剪强度τ赋予到结构面上，程序运算，搜索关键块体，确定关键块体位置、数量及安全系数Fs，并对关键块体进行锚固或剥离。
2.根据权利要求1所述的考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统，其特征在于：可根据所述关键块体安全系数Fs大小判定边坡稳定性，安全系数越大，则块体稳定性越好。
CN201910565653.7A 2019-06-27 2019-06-27 一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统 Active CN110261578B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910565653.7A CN110261578B (zh) 2019-06-27 2019-06-27 一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统
PCT/CN2019/097071 WO2020258426A1 (zh) 2019-06-27 2019-07-22 一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910565653.7A CN110261578B (zh) 2019-06-27 2019-06-27 一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110261578A CN110261578A (zh) 2019-09-20
CN110261578B true CN110261578B (zh) 2020-07-31

Family

ID=67922081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910565653.7A Active CN110261578B (zh) 2019-06-27 2019-06-27 一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN110261578B (zh)
WO (1) WO2020258426A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111274664B (zh) * 2019-11-11 2023-05-23 宁波大学 基于小波分析的各级表面形貌对抗剪强度贡献程度的确定方法
CN112484605B (zh) * 2020-12-21 2024-05-03 昆明理工大学 一种便携式岩体结构面粗糙度轮廓测量仪及其测量方法
CN116084440A (zh) * 2023-02-15 2023-05-09 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 一种边坡危岩体的支护设置方法及系统

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8548782B2 (en) * 2007-08-24 2013-10-01 Exxonmobil Upstream Research Company Method for modeling deformation in subsurface strata
CN101739716B (zh) * 2009-12-04 2011-12-28 东北大学 工程岩体三维空间结构建模与关键块识别方法
CN101936008B (zh) * 2010-09-30 2011-12-07 东北大学 岩体边坡三维模型及块体滑落分析方法
CN103644866B (zh) * 2013-12-10 2014-12-24 中国地质大学（武汉） 一种克服尺寸效应的岩体结构面粗糙度测量方法
US20180292299A1 (en) * 2014-01-13 2018-10-11 Hubei University Of Technology Method of critical displacement forecast based on the deformation failure mechanism of slope
CN107067333B (zh) * 2017-01-16 2022-12-20 长沙矿山研究院有限责任公司 一种高寒高海拔高陡边坡稳定性监控方法
CN106951595A (zh) * 2017-02-23 2017-07-14 绍兴文理学院 一种工程岩体结构面抗剪强度精准取值方法
CN107328920B (zh) * 2017-08-15 2019-07-12 绍兴文理学院 矿山边坡岩体工程稳定性精准评价方法
CN107784191B (zh) * 2017-12-12 2019-02-12 中国地质大学（武汉） 基于神经网络模型的异性结构面峰值抗剪强度预测方法
CN108446431B (zh) * 2018-02-06 2019-03-22 中国地质大学（武汉） 岩石结构面剪切强度各向异性评价方法
CN108776854B9 (zh) * 2018-04-16 2022-02-18 浙江大学 大型露天矿山边坡稳定性等精度评价方法
CN108445188B (zh) * 2018-04-16 2020-06-02 浙江大学 基于中智区间函数的岩体结构面粗糙度系数尺寸效应下边坡稳定性表达方法
CN109470581B (zh) * 2018-11-30 2020-10-27 浙江大学 露天矿山边坡岩体结构面抗剪强度分级确定方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110261578A (zh) 2019-09-20
WO2020258426A1 (zh) 2020-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110261578B (zh) 一种考虑结构面粗糙度的裂隙岩体稳定性分析系统
CN103198363B (zh) 一种基于ct孔隙分析的储层产气量预测方法及装置
CN107402176B (zh) 裂缝孔隙度的确定方法和装置
CN103775071B (zh) 采动煤岩体裂隙演化的测量方法
CN103823038A (zh) 一种裂隙岩体工程稳定性分级方法
CN112946783B (zh) 一种水合物饱和度确定方法、装置及设备
CN112035937A (zh) 一种隧道施工围岩变形分析及信息化施工方法
Xiaohu et al. Quantification of geological strength index based on discontinuity volume density of rock masses
Fang et al. Analysis of Changes in the Micromorphology of Sandstone Joint Surface under Dry‐Wet Cycling
CN115937467B (zh) 随机三维裂隙在升尺度模型网格中的划分方法及系统
CN105114065A (zh) 水力压裂裂缝延伸过程的模拟方法
CN115166853A (zh) 页岩气藏天然裂缝模型建立方法、装置、电子设备及介质
CN112307601A (zh) 一种复杂储层可压裂性评价方法
CN113280951B (zh) 一种建立峡谷区斜坡地应力场分布的方法
CN114238540A (zh) 一种面向实时数据的沉井监控数字化交互平台的构建方法
CN117407953A (zh) 异性结构面抗剪强度计算方法、终端及存储介质
CN113158561B (zh) 适用于多种岩体条件的tbm操作参数优化方法及系统
CN112184033B (zh) 一种碳酸盐岩岩层断层封闭性评价方法
CN112419493B (zh) 页岩储层三维属性模型建立方法及装置
Valerio et al. Improving bench design through discrete fracture network analysis
CN113343460A (zh) 一种恒定荷载下岩石结构面剪切连续-非连续数值方法
Vlachopoulos et al. Integration among LiDAR-based structural input, DFN generation and DOS technology to describe the rock mass fracture system
Barton et al. Rock Mass Classification of Chalk Marl in the UK Channel Tunnels Using Q
CN115829121B (zh) 一种深埋隧洞稳定性预测方法及系统
Thörn et al. Fracture aperture measurement and consequences for grouting

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant