CN114021241B - 一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法及系统，涉及抗剪断参数取值领域，工程区内不同空间部位的结构面的抗剪断参数进行合理取值。其方法包括步骤：获取工程区结构面的空间分布特征以及工程地质性状特征；构建结构面三维模型；对工程区结构面进行区域划分并分别选取勘探揭示点，获取每个勘探揭示点的抗剪断参数；基于每个勘探揭示点的抗剪断参数进行插值运算，获得含有抗剪断参数信息的三维结构面地质模型；从三维结构面地质模型中提取所需区域的抗剪断参数。本发明能够建立含有抗剪断参数信息的三维结构面地质模型，便于准确地获取工程设计所涉及的各个部位的结构面的抗剪断参数，有效地提高工程的经济合理性。

Description

一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法及系统

技术领域

本发明涉及岩土及水电工程领域，具体涉及一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法及系统。

背景技术

自然界中地质体受原生、后期构造及浅表次生改造作用，其内部往往分布发育不同类型及成因的结构面，导致地质体工程性状弱化并呈现各向异性的特征。对于工程而言，岩体中结构面的分布特征、工程性状往往控制拟建构筑物洞室围岩与边坡稳定条件，其中结构面抗剪断参数取值直接关系到工程设计中不同建筑物相应安全等级的抗滑稳定验算成果。部分情况下，结构面抗剪断参数取值的略微差异也会导致其后期工程处理量显著变化。因此，结构面抗剪断参数取值是工程勘察设计阶段的重要工作。

一般情况下，自然界中结构面三维空间上多呈“带”、“面”状分布，在分布的范围内其工程性状基本一致或差异不大，形成工程性状均匀结构面。在水电工程界，工程勘察阶段对于上述工程状均匀的结构面，采用平硐揭示、取代表性样品室内试验或现场原位剪切结合的方式可以较为合理地获取其抗剪断参数。然而，在部分特定地质环境及后期改造作用下，自然界某些结构面的工程性状在三维空间上存在明显的差异性，随空间部位变化结构面工程性状差异明显，此类结构面即工程性状不均匀结构面。对于该类情况，进行参数取值时，往往需要地质工程师在安全与经济两者之间做出权衡与选择，当结构面的分布对主要枢纽建筑物边坡、洞室等抗滑及稳定等起控制作用时，这样的困扰愈发明显。

目前，对上述工程性状不均匀软弱结构面的强度参数取值，工程地质分析手段、勘察规范尚未就分析原则及安全控制标准作出明确规定，水电工程界由于其相关建筑物安全要求高、失事后果严重，其强度参数取值多采用结构面抗剪断强度参数分布区间的下值区段，以控制该类工程性状不均匀结构面中最薄弱的岩土体强度单元。

由于不均匀软弱结构面性状在三维空间上存在明显的差异性，抗剪断强度参数分布区间范围大，在对不同空间部位的结构面抗剪断强度参数进行取值时，全部选用参数分布区间的下值区段的处理方法可以有力地保证工程安全，但经济合理性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法，对工程区内不同空间部位的结构面的抗剪断参数进行合理取值，在保证工程安全的同时，提高经济合理性。本发明提供了解决上述问题的一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法，包括步骤：

获取工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征；

基于所述工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围，通过三维建模软件平台构建结构面三维模型；

根据结构面工程地质性状特征对所述工程区结构面进行宏观区域划分，在不同划分区域分别选取勘探揭示点，获取每个勘探揭示点的抗剪断参数；

将每个所述勘探揭示点的抗剪断参数输入结构面三维模型，并进行插值运算，获得含有抗剪断参数信息的三维结构面地质模型；

匹配工程设计所涉及的空间部位与所述三维结构面地质模型对应区域，提取该区域的抗剪断参数。

可选的，所述工程地质性状特征包括结构面的粗糙度、起伏差、张开度、充填情况。

可选的，在获取工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征后，还包括步骤：

基于所述工程区结构面的工程地质性状特征，核实该工程区结构面是否属于工程性状不均匀软弱结构面，如果属于，则继续后续步骤；如果不属于，则中止后续步骤。

可选的，所述勘探揭示点包括作为各个划分区域内的结构面代表性出露点的试验点。

进一步可选的，获取每个试验点的抗剪断参数的方式为：

对试验点的结构面进行取样室内或原位剪切试验，获得所述试验点的抗剪断参数。

可选的，获取每个勘探揭示点的抗剪断参数的方式为：

获取所述试验点的抗剪断参数；

获取所述试验点的结构面黏粒含量；

统计所述试验点的抗剪断参数与对应结构面黏粒含量的相关性；

获取其余所有勘探揭示点的结构面黏粒含量；

根据抗剪断参数与对应结构面黏粒含量的相关性以及其余所有勘探揭示点的结构面黏粒含量，进行内插法换算，得到所有勘探揭示点的结构面抗剪断参数。

可选的，获取工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征的方式为：

设置多个遍布所述工程区的勘探点，对所述勘探点进行地质调查和平硐勘探，获得所述勘探揭示点周边的结构面空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征。

可选的，所述三维建模软件平台为GOCAD。

在本申请的第二个方面中，本申请提供了一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值系统，包括：

信息获取模块，用于获取工程区结构面空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征；

模型构建模块，用于基于所述工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围，构建结构面三维模型；

区域划分模块，根据结构面工程地质性状特征对所述工程区结构面进行宏观区域划分；

抗剪断参数获取模块，用于在不同划分区域分别选取勘探揭示点，并获取每个勘探揭示点的抗剪断参数；

信息处理模块，用于将每个所述勘探揭示点的抗剪断参数输入结构面三维模型，并进行插值运算，获得含有抗剪断参数信息的三维结构面地质模型；

数据提取模块，用于匹配工程设计所涉及的空间部位与所述三维结构面地质模型对应区域，提取该区域的抗剪断参数。

可选的，还包括：

判断模块，用于根据所述工程区结构面的工程地质性状特征，核实该工程区结构面是否属于工程性状不均匀软弱结构面。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法，吸取了部分水电工程总结的结构面参数取值经验，结合三维建模软件平台，在一定的勘探与地质测试的基础上，较为准确地建立工程性状不均匀软弱结构面空间变化与抗剪断参数的对应关系。在工程设计中，通过建设含有抗剪断参数信息的三维结构面地质模型，可以更为准确地确定工程设计涉及的各个部位的结构面的抗剪断参数，在验算不同工程部位的块体抗滑、边坡稳定等条件与要求时，使结构面抗剪断参数取值更趋科学与合理。通过本发明，在进行工程建设时，不是如同传统方法中根据工程区结构面所获得的最小抗剪断参数值进行设计，而是根据各个部位的抗剪断参数，更具针对性的进行工程设计，以此减少相应的工程建设成本，可在保证工程设计安全要求的基础上，有效地提高工程的经济合理性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例1的一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法的流程图；

图2为本发明实施例1的另一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法的流程图；

图3为本发明实施例1的一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值系统的框图；

图4为本发明实施例1的另一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值系统的框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法，如图1所示，包括步骤：

S1、结构面地质调查：获取工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征；

S2、构建结构面三维模型：基于所述工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围，通过三维建模软件平台构建结构面三维模型；

S3、获取部分点位的抗剪断参数：根据结构面工程地质性状特征对所述工程区结构面进行宏观区域划分，在不同划分区域分别选取勘探揭示点，获取每个勘探揭示点的抗剪断参数；

其中所述工程区结构面为不均匀软弱结构面时，该结构面在工程区内总体上是连续的，但不同空间部位的结构面的地质宏观工程性状与抗剪断参数均存在较大的差异性，因此，可以根据地质宏观工程性状对工程区结构面进行区域划分，在各个区域分别选取勘探揭示点，获取抗剪断参数，由此提高勘探揭示点选择的合理性，进而提高后续得出的三维结构面地质模型中的抗剪断参数的准确性。

S4、生成含有抗剪断参数信息的三维结构面地质模型：将每个所述勘探揭示点的抗剪断参数输入结构面三维模型，并进行插值运算，获得含有抗剪断参数信息的三维结构面地质模型；

该步骤中主要是根据已获取的试验点的抗剪断参数值，通过三维建模软件在整个三维模型内进行插值运算，得到模型内所有部位的抗剪断参数值，以此对三维模型的所有区域进行赋值；

S5、根据需求提取抗剪断参数：匹配工程设计所涉及的空间部位与所述三维结构面地质模型对应区域，提取该区域的抗剪断参数。

其中由于不均匀软弱结构面总体上是连续的，所以可以获取任意位置结构面的抗剪断参数，应用于工程设计。

通过上述步骤，能够在仅获取到局部试验点的抗剪断参数的基础上，建立含有抗剪断参数信息的三维结构面地质模型，并通过插值计算估算整个模型范围内的结构面抗剪断参数，在三维结构面地质模型内准确、直观地反映结构面抗剪断参数在空间上的差异和变化，能够对工程区不同部位的结构面的抗剪断参数进行差异化取值，以此更具针对性的进行工程设计，减少相应的工程建设成本，可在保证工程设计安全要求的基础上，提高了整体工程的经济性。

其中，所述工程地质性状特征包括结构面的粗糙度、起伏差、张开度、充填情况。

在一个或多个实施例中，如图2所示，在获取工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征后，还包括步骤：

S11、基于所述工程区结构面的工程地质性状特征，核实该工程区结构面是否属于工程性状不均匀软弱结构面，如果属于，则继续后续步骤；如果不属于，则中止后续步骤。

其中，所述工程性状不均匀软弱结构面具有三个特征：1、结构面三维空间上呈“带”、“面”状分布，且在工程区连续分布；2、结构面性状类型为软弱结构面；3、结构面随三维空间变化，在空间不同部位，其地质宏观工程性状与抗剪断参数均存在较大的差异性。而核实该工程区结构面是否属于工程性状不均匀软弱结构面的过程，则主要通过判断该工程区结构面是否满足该三个特征。其中如果该工程区结构面不属于工程性状不均匀软弱结构面，为较为均匀的结构面，不同部位的结构面抗剪断参数的数值之间的差值较小，虽然仍然能够依靠本方法获取相应的的抗剪断参数，但对比传统的在整个工程区域内对结构面抗剪断参数取统一值的方法，工程经济合理性不能得到大幅度改善。

在一个或多个实施例中，所述勘探揭示点包括作为各个划分区域内的结构面代表性出露点的试验点。

其中所述结构面代表性出露点，即为在工程区结构面中工程性状较为典型的点位，该点可代表所在结构面划分区域内的普遍工程性状。

在一个或多个实施例中，获取每个试验点的抗剪断参数的方式为：

对试验点的结构面进行取样室内或原位剪切试验，获得所述试验点的抗剪断参数。

通过对所有试验点进行取样室内或原位剪切试验，确保试验点的抗剪断参数足够准确，提高所述三维结构面地质模型中的抗剪断参数的数字准确性。

其中所述取样室内或原位剪切试验包括但不限于如专利(CN201510974028.X)公开的一种软弱夹层原状样的取样及室内原位试验方法中的所提到的试验内容。

在一个或多个实施例中，获取每个勘探揭示点的抗剪断参数的方式为：

S31、获取所述试验点的抗剪断参数；

S32、获取所述试验点的结构面黏粒含量；

S33、统计所述试验点的抗剪断参数与对应结构面黏粒含量的相关性；

S34、获取其余所有勘探揭示点的结构面黏粒含量；

S35、根据抗剪断参数与对应结构面黏粒含量的相关性以及其余所有勘探揭示点的结构面黏粒含量，进行内插法换算，得到所有勘探揭示点的结构面抗剪断参数。

由于结构面取样室内或原位剪切试验过程繁琐，难以大量开展。为了获取更多点位的抗剪断参数，通过上述根据结构面黏粒含量进行换算的方法得出所有勘探揭示点的抗剪断参数，用于增加后续结构面三维模型插值运算的参考参数的数量，提高三维结构面地质模型中的抗剪断参数的数字准确性。

在一个或多个实施例中，获取工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征的方式为：

设置多个遍布所述工程区的勘探点，对所述勘探点进行地质调查和平硐勘探，获得所述勘探点周边的结构面空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征。

其中所述勘探点可以在进行地质调查和平硐勘探过程中同步进行检测获取其结构面黏粒含量，并将该测量结果应用于所述勘探点的结构面抗剪断参数的计算。

在一个或多个实施例中，所述三维建模软件平台为GOCAD。

其中，所述GOCAD具有将已知试验点的抗剪断参数输入三维模型，并进行插值运算的功能。

在本申请的第二个方面中，本申请提供了一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值系统，如图3所示，包括：

信息获取模块，用于获取工程区结构面空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征；

模型构建模块，用于基于所述工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围，构建结构面三维模型；

区域划分模块，根据结构面工程地质性状特征对所述工程区结构面进行宏观区域划分；

抗剪断参数获取模块，用于在不同划分区域分别选取勘探揭示点，并获取每个勘探揭示点的抗剪断参数；

信息处理模块，用于将每个所述勘探揭示点的抗剪断参数输入结构面三维模型，并进行插值运算，获得含有抗剪断参数信息的三维结构面地质模型；

数据提取模块，用于匹配工程设计所涉及的空间部位与所述三维结构面地质模型对应区域，提取该区域的抗剪断参数。

在一个或多个实施例中，如图4所示，还包括：

判断模块，用于根据所述工程区结构面的工程地质性状特征，核实该工程区结构面是否属于工程性状不均匀软弱结构面。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法，其特征在于：包括步骤：

获取工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征；

基于所述工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围，通过三维建模软件平台构建结构面三维模型；

根据结构面工程地质性状特征对所述工程区结构面进行宏观区域划分，在不同划分区域分别选取勘探揭示点，获取每个勘探揭示点的抗剪断参数；

将每个所述勘探揭示点的抗剪断参数输入结构面三维模型，并进行插值运算，获得含有抗剪断参数信息的三维结构面地质模型；

匹配工程设计所涉及的空间部位与所述三维结构面地质模型对应区域，提取该区域的抗剪断参数；

其中，所述勘探揭示点包括作为各个划分区域内的结构面代表性出露点的试验点；

其中，获取每个勘探揭示点的抗剪断参数的方式为：

获取所述试验点的抗剪断参数；

获取所述试验点的结构面黏粒含量；

统计所述试验点的抗剪断参数与对应结构面黏粒含量的相关性；

获取其余所有勘探揭示点的结构面黏粒含量；

根据抗剪断参数与对应结构面黏粒含量的相关性以及其余所有勘探揭示点的结构面黏粒含量，进行内插法换算，得到所有勘探揭示点的结构面抗剪断参数；

其中，获取每个试验点的抗剪断参数的方式为：

对试验点的结构面进行取样室内或原位剪切试验，获得所述试验点的抗剪断参数。

2.根据权利要求1所述的一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法，其特征在于：所述工程地质性状特征包括结构面的粗糙度、起伏差、张开度、充填情况。

3.根据权利要求1所述的一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法，其特征在于：在获取工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征后，还包括步骤：

基于所述工程区结构面的工程地质性状特征，核实该工程区结构面是否属于工程性状不均匀软弱结构面，如果属于，则继续后续步骤；如果不属于，则中止后续步骤。

4.根据权利要求1所述的一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法，其特征在于：获取工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征的方式为：

设置多个遍布所述工程区的勘探点，对所述勘探点进行地质调查和平硐勘探，获得所述勘探点周边的结构面空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征。

5.根据权利要求1所述的一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法，其特征在于：所述三维建模软件平台为GOCAD。

6.一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值系统，其特征在于，基于权利要求1所述的一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值方法，包括：

信息获取模块，用于获取工程区结构面空间分布特征、产状、延伸范围以及工程地质性状特征；

模型构建模块，用于基于所述工程区结构面的空间分布特征、产状、延伸范围，构建结构面三维模型；

区域划分模块，根据结构面工程地质性状特征对所述工程区结构面进行宏观区域划分；

抗剪断参数获取模块，用于在不同划分区域分别选取勘探揭示点，并获取每个勘探揭示点的抗剪断参数；

信息处理模块，用于将每个所述勘探揭示点的抗剪断参数输入结构面三维模型，并进行插值运算，获得含有抗剪断参数信息的三维结构面地质模型；

数据提取模块，用于匹配工程设计所涉及的空间部位与所述三维结构面地质模型对应区域，提取该区域的抗剪断参数。

7.根据权利要求6所述的一种不均匀软弱结构面抗剪断参数取值系统，其特征在于，包括：

判断模块，用于根据所述工程区结构面的工程地质性状特征，核实该工程区结构面是否属于工程性状不均匀软弱结构面。

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