CN110647554B - 基于含空间位置信息极点等密图的结构面间距的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于含空间位置信息极点等密图的结构面间距的计算方法，旨在提供一种分析准确可靠的基于含空间位置信息极点等密图的结构面间距的计算方法。它包括如下步骤：步骤1：针对钻孔或平硐勘探对象，按建议格式与标准进行原始数据整理入库，形成开展结构面统计分析及参数自动计算的输入条件；步骤2：结构面样本查询统计；步骤3：基于含空间位置信息极点等密图的结构面优势性分组、间距参数计算；针对由步骤2查询统计得到的结构面样本，进一步开展优势性分组、间距参数计算的深化统计分析。本发明不增加勘探过程中的工作内容及工程量，可用于岩土工程、矿山开采、工程建筑、水电水利工程等岩体工程行业中基本地质资料统计分析。

Description

基于含空间位置信息极点等密图的结构面间距的计算方法

技术领域

本发明涉及地质勘察分析技术领域，尤其是涉及一种基于含空间位置信息极点等密图的结构面间距的计算方法。

背景技术

在岩体工程领域，地质结构面往往对边坡、地下洞室等工程岩体的卸荷、变形和破坏起到控制性作用，因此，针对地质结构面的现场调查与分析是地质工作的主要内容之一。现有地质结构面勘察工作是基于钻孔、平硐等勘探手段编录获取结构面露头揭露位置、产状等原始信息，经必要的内业整理后，形成满足日常性生产要求的绘制图件及其地质结构面统计分析的数据依据。

结构面参数计算是工程地质工作业内整理与分析的常见工作内容，其中，结构面间距参数尤为重要，结构面间距不仅可以反映岩体中结构面的发育程度、块体大小，而且可以表征岩体的完整性及力学性质的优劣，其重要性日益得到人们的重视，已被广泛应用于划分岩体结构、参与岩体质量评价等工作。结构面统计分析是现有的开展该项工作的主要技术手段，其方法是采用走向玫瑰图和极点等密图等对结构面进行优势性分组，并计算获得以各优势性分组的产状分布参数。但在特定情形下，现场工作要求依据结构面露头位置，并结合基本工程条件(工程阶段、工程部位)、基本地质条件(主要包括地层、岩性、风化、卸荷)等方便地开展针对性部位的地质结构面分布特征的深化分析，除结构面优势性分组统计外，还要求能够同时获取优势性分组的厚度(针对充填结构面)、间距等参数。由于包括走向玫瑰图和极点等密图在内的现有统计分析方法未考虑结构面露头的揭露位置及相关基本工程与地质信息，因此难以满足开展上述结构面间距参数计算的深化应用要求。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种分析快捷准确的基于含空间位置信息极点等密图的结构面间距的计算方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

地质结构面是工程岩体的基本构成之一，直接影响岩体的结构特征及其稳定性，因此，围绕结构面的统计分析工作及技术手段应尽可能挖掘原始资料的工程价值，为分析设计等应用提供详实完善的参数输入条件。

针对地质勘察中钻孔和平硐这两类代表性勘探手段，除产状信息外，如果现场编录同时描述了结构面露头的揭露位置(如深度、桩号)，则内业工作中可以结合工程与地质基本条件等，利用基于含空间位置信息的极点等密图技术来开展针对性部位的地质结构面分布特征的深化分析。根据地质结构面所在钻孔或平硐内揭露位置与工程与地质基本条件等因素之间的内在空间关系，可以实现针对性工程部位处结构面样本的查询统计；利用极点等密图技术，可以对针对性部位结构面样本进行优势性分组，获取各优势组结构面间距参数的计算结果。

基于含空间位置信息极点等密图的结构面间距的计算方法，包括如下步骤：

步骤1：针对钻孔或平硐勘探对象，按建议格式与标准进行原始数据整理入库，形成开展结构面统计分析及参数自动计算的输入条件；

步骤2：结构面样本查询统计；

步骤3：基于含空间位置信息极点等密图的结构面优势性分组、间距参数计算；针对由步骤2查询统计得到的结构面样本，进一步开展优势性分组、间距参数计算的深化统计分析。

具体的是，所述步骤3的具体方法如下：

1)基本设置：分析名称的定义；

2)优势性结构面分组分析：

a)定义优势性结构面分组数目；

b)依据结构面等密图成果完成对每一优势性分组的具体定义，一旦分组定义完成，即可自动计算获得包括结构面间距、倾向、倾角、样本数及其样本所占统计样本总数比例在内的结构面参数；在所述步骤2结构面样本查询统计、以及所述步骤3优势性结构面分组结果基础上，基于含空间位置信息极点等密图技术，各优势组内的结构面样本可以自动与其所在的钻孔、平硐相关联，各结构面所处钻孔深度、平硐桩号借助数据库钻孔、平硐编录表关联；

3)统计成果分析与输出：

a)按设定数值区间和间隔，采用直方图绘制得到结构面间距参数的统计分布特征，同时，也可以得到倾角、倾向、厚度参数的统计分布特征；

b)采用BMP和EXEL格式将优势性结构面间距参数计算成果输出为外部图片、表单文件。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明根据基本工程条件、基本地质条件、地质结构面揭露位置等勘察成果，采用含空间位置信息的极点等密图技术，实现对针对性工程部位处结构面样本的查询统计和优势性分组，进而实现自动计算结构面间距分布特征的统计参数。较之传统的地质结构面统计分析方法，更为充分地利用了原始地质资料成果中的空间位置信息，统计成果因此也更为丰富详实，特别是任意地质结构面样本在含有空间位置的同时、也间接体现了结构面分布实际具有的空间变化性。本发明工作原理简单有效，程序化成果界面应用简便，不增加勘探过程中的工作内容及工程量，计算方法易于掌握。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的功能构成及工作流程。

图2为本发明中结构面样本查询统计流程图。

图3为本发明中结构面样本参数统计分析流程图。

图4为本发明实施例中的优势组结构面间距参数自动计算原理图。

图5为本发明实施例中的两岸(左)、左岸(中)、右岸(右)内节理统计分布图。

图6为本发明实施例中的右岸不同高程区间内节理统计分布图。

图7为本发明实施例中的右岸3000m高程以上岸坡，全部(左)、未卸荷岩体内节理统计分布。

图8为本发明实施例中的等密图优势性结构面分组

图9为本发明实施例中的指定优势性结构面分组的分布参数统计图(以间距为例)。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将以附图为基准，借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

针对地质结构面的现场资料采集和内业整理与分析是岩体工程地质工作的重点内容。结构面揭露位置与产状通常是包括钻孔和平硐在内的代表性勘察手段应采集的关键信息，进一步结合工程基本条件、及其勘探获取的其他基本地质条件编录成果，基于含空间位置信息极点等密图的结构面统计分析方法可以实现针对性部位处地质结构面样本的统计分析、以及优势组结构面间距参数的自动计算。这一特点为工程地质分析和设计应用提供了新的途径。

基于含空间位置信息极点等密图的结构面间距自动计算方法由数据库、结构面样本查询、优势性分组和参数计算三部分构成，数据库用于地质结构面原始资料的存储和管理。根据地质结构面所在钻孔或平硐内揭露位置与工程与地质基本条件等因素之间的内在空间关系，可以实现针对性工程部位处结构面样本的查询统计；利用极点等密图技术，可以对针对性部位结构面样本进行优势性分组，并获取各优势组结构面间距参数的统计分析结果，实现优势组结构面间距参数的自动计算。

上述原理综合形成基于含空间位置信息极点等密图的结构面间距的计算方法，其方法构成及工作流程如图1所示。该计算方法包括如下步骤：

步骤1：针对钻孔或平硐勘探对象，按建议格式与标准进行原始数据整理入库，形成开展结构面统计分析及参数自动计算的输入条件。

数据库以具体工程对象为单位进行基本地质编录资料的存储和管理，为实现基于含空间位置信息极点等密图的结构面间距自动计算方法的工程应用提供必要的数据输入。以对钻孔和平硐这两种常规勘探类型获取的结构面进行统计分析和参数计算为目的，数据库设计了系统全面的数据输入接口，表1表示了主要的编录内容和指标，其设计意图及意义在于：

1)编录内容：依据信息类型的不同，将钻孔和平硐获取的编录内容区分为基本信息、地层、风化卸荷、节理和充填结构面，采用数据表单进行分类管理；

2)基本信息表单：用于描述具体钻孔或平硐勘探对象的工程信息和形态特征。

a)工程信息：包括工程名称、工程部位和工程阶段；

b)形态特征：采用孔(硐)口坐标、孔(硐)深及其轴线方位来描述钻孔或平硐的空间形态。

3)地层表单：用于存储和管理勘探对象内揭示的地层分布信息；

4)风化卸荷表单：存储和管理勘探对象内揭示的风化卸荷分布信息；

5)节理表单：用于存储和管理勘探对象内揭示的无厚度结构面信息，主要含有揭露位置和产状等指标(字段)；

6)充填结构面表单：用于存储和管理勘探对象内揭示的有厚度结构面信息，主要包括揭露位置、厚度和产状等指标(字段)。

以上基本信息、地层、风化卸荷表单中指标(字段)多用于作为结构面查询统计的约束条件，结合节理、充填结构面表单中结构面揭露位置信息，即可确定每个结构面样本在三维空间内的确切位置，从而实现针对性工程部位的基于含空间位置信息极点等密图的结构面参数自动计算。

表1：数据库中主要编录内容和指标(字段)

步骤2：结构面样本查询统计。参见图2，工程条件、地质条件与勘探类型为可以选择的查询(约束)条件，综合根据结构面在钻孔与平硐内的揭露深度或桩号得到目标部位即针对性工程部位结构面的统计样本。其包括：

1)查询统计条件设定：包括基本工程条件(工程名称、工程阶段、工程部位)、勘探类型(钻孔、平硐)、基本地质条件(岸别、地层代号、岩性名称、风化、卸荷)；

2)查询统计计算：

a)遍历数据库中所有勘探对象，考察基本信息表单中的工程信息，查询统计得到满足指定基本工程条件的钻孔或平硐样本；

b)在以上依据工程条件查询统计得到的钻孔或平硐内，根据勘探类型及其结构面在钻孔或平硐内的揭露位置进一步统计得到满足选定勘探类型和给定深度或桩号的结构面样本；

c)在以上依据勘探类型及揭露位置统计得到的结构面样本内，进一步判断结构面揭露位置与基本地质条件分布的空间关系，得到满足给定岸别、地层代号、岩性名称、风化、卸荷条件的结构面样本；

3)查询统计成果管理：上述结构面样本查询成果中同时含有节理(无厚度结构面)和充填结构面(有厚度结构面)两种类型，且又依据分布特征及性状将充填结构面细分为断层、夹层、错动带和深部裂缝等几种类型。

步骤3：基于含空间位置信息极点等密图的结构面优势性分组、间距参数计算。参见图3，针对由步骤2查询统计得到的结构面样本，进一步开展优势性分组、间距参数计算等深化统计分析，其包括：

1)基本设置：分析名称的定义

2)优势性结构面分组分析：

a)定义优势性结构面分组数目；

b)依据结构面等密图成果完成对每一优势性分组的具体定义，一旦分组定义完成，即可自动计算获得包括结构面间距、倾向、倾角、样本数及其样本所占统计样本总数比例在内的结构面参数；结构面间距参数计算原理参见图4所示：在步骤2结构面样本查询统计、以及步骤3优势性结构面分组结果基础上，基于含空间位置信息极点等密图技术，各优势组内的结构面样本可以自动与其所在的钻孔、平硐相关联，各结构面所处钻孔深度、平硐桩号借助数据库钻孔、平硐编录表关联。图4以平硐结构面为例，优势组1结构面间距计算公式分两种情形：1) 任意同组两相邻结构面处于同一洞段(洞向α)内，桩号分别为Si、Sj，取同组结构面平均倾向β作为相邻结构面倾向值，则两相邻结构面间距 Di-j＝(Sj-Si)*cos(β-α)；2)任意同组两相邻结构面处于不同洞段中，桩号分别对应于Sj、Sk，两桩号之间桩号Sg1为洞段拐点，Sj～Sg1段洞向为α，Sg1～Sk 段洞向为α1，结构面倾向为β，则两相邻结构面间距Dj-k＝(Sg1-Sj)*cos(β- α)+(Sk-Sg1)*cos(β-α1)。按以上计算原理，分别计算各优势组内任意相邻结构面间距值，形成一系列间距值样本，从而进一步获得结构面间距分布特征。

3)统计成果分析与输出：

a)按设定数值区间和间隔，采用直方图绘制得到结构面间距参数的统计分布特征，同时，也可以得到倾角、倾向、厚度(针对有厚度结构面)等参数的统计分布特征；

b)采用BMP和EXEL格式将优势性结构面间距参数计算成果输出为外部图片、表单文件。

实施例

我国西部地区某水利水电工程，可研阶段勘察成果揭示，坝址区结构面按照倾向和倾角可以划分为多达9组，结构面非常发育，而且这些优势性节理组并不是均匀分布在岸坡内，而是呈现很大的变化性，即不同部位结构面分布特征可以出现明显的差别。为此，研究工作需要方便地对不同部位、不同条件下的节理分布进行统计、以及结构面参数(包括间距、产状分布等)计算，从而更好地服务工程评价。现实工作的这一需求要求在进行地质结构面统计分析和参数计算时应利用空间位置信息，对不同工程部位的结构面进行针对性统计分析和参数计算。

采用基于含空间位置信息极点等密图技术，图5-图7分别给出了三种对比条件下的节理极点等密图统计成果，这三种条件分别为：

中坝址左右岸全部、左岸、右岸；

右岸2800m高程以下、2800—3000m之间、高于3000m高程；

右岸高于3000m高程的全部节理样本和弱卸荷带以下区域。

统计分布结果清晰揭示节理产状变化主要出现在右岸，总体而言，随高程增加节理倾角有所减小。由此可见，基于含空间位置信息极点等密图技术可以帮助快速生成不同筛选条件的结构面统计成果，帮助开展工程地质分析。

如图8所示的极点等密图中依据优势产状分组以后，系统即以直方图的形式给出任意一组节理倾向、倾角、间距的分布特征，参见图9。对于充填结构面，还可以给出充填厚度的统计直方图。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于含空间位置信息极点等密图的结构面间距的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：针对钻孔或平硐勘探对象，按建议格式与标准进行原始数据整理入库，形成开展结构面统计分析及参数自动计算的输入条件；

数据库以具体工程对象为单位进行基本地质编录资料的存储和管理，为实现密图的结构面间距自动计算方法的工程应用提供必要的数据输入；

以对钻孔和平硐获取的结构面进行统计分析和参数计算为目的，数据库设计系统全面的数据输入接口；

步骤2：结构面样本查询统计；

综合根据结构面在钻孔与平硐内的揭露深度或桩号得到目标部位即针对性工程部位结构面的统计样本，包括：

1)查询统计条件设定：包括基本工程条件、勘探类型、基本地质条件；

2)查询统计计算：

a)遍历数据库中所有勘探对象，考察基本信息表单中的工程信息，查询统计得到满足指定基本工程条件的钻孔或平硐样本；

b)在以上依据基本工程条件查询统计得到的钻孔或平硐内，根据勘探类型及其结构面在钻孔或平硐内的揭露位置进一步统计得到满足选定勘探类型和给定深度或桩号的结构面样本；

c)在以上依据勘探类型及揭露位置统计得到的结构面样本内，进一步判断结构面揭露位置与基本地质条件分布的空间关系，得到满足给定岸别、地层代号、岩性名称、风化、卸荷条件的结构面样本；

3)查询统计成果管理：上述结构面样本查询成果中同时含有节理和充填结构面两种类型，且又依据分布特征及性状将充填结构面细分为断层、夹层、错动带和深部裂缝；

步骤3：基于含空间位置信息极点等密图的结构面优势性分组、间距参数计算；

针对由步骤2查询统计得到的结构面样本，进一步开展优势性分组、间距参数计算等深化统计分析，其包括：

1)基本设置：分析名称的定义；

2)优势性结构面分组分析：

a)定义优势性结构面分组数目；

b)依据结构面等密图成果完成对每一优势性分组的具体定义，一旦分组定义完成，即可自动计算获得包括结构面间距、倾向、倾角、样本数及其样本所占统计样本总数比例在内的结构面参数；

在步骤2结构面样本查询统计、以及步骤3优势性结构面分组结果基础上，基于含空间位置信息极点等密图技术，各优势组内的结构面样本可以自动与其所在的钻孔、平硐相关联，各结构面所处钻孔深度、平硐桩号借助数据库钻孔、平硐编录表关联；

平硐结构面中，优势组结构面间距计算公式分两种情形：

（1）任意同组两相邻结构面处于同一洞段内，洞向α，桩号分别为Si、Sj，取同组结构面平均倾向β作为相邻结构面倾向值，则两相邻结构面间距 Di-j＝(Sj-Si)×cos(β-α)；

（2）任意同组两相邻结构面处于不同洞段中，桩号分别对应于Sj、Sk，两桩号之间桩号Sg1为洞段拐点，Sj～Sg1段洞向为α’，Sg1～Sk 段洞向为α1，结构面倾向为β，则两相邻结构面间距Dj-k＝(Sg1-Sj) ×cos(β-α’)+(Sk-Sg1) ×cos(β-α1)；

按以上计算原理，分别计算各优势组内任意相邻结构面间距值，形成一系列间距值样本，从而进一步获得结构面间距分布特征；

3)统计成果分析与输出：

a)按设定数值区间和间隔，采用直方图绘制得到结构面间距参数的统计分布特征，同时，也可以得到倾角、倾向、厚度参数的统计分布特征；

b)采用BMP和EXEL格式将优势性结构面间距参数计算成果输出为外部图片、表单文件。

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