岩体结构面网络模拟简略步奏

五、
侧线 4-1 结构面现场统计图
4.1 结构面分组
使用结构面分析软件DIPS生成测线2处结构面走向玫瑰花图及结构面极点图。在玫瑰花 图，结构面极点图的基础上，结合该露头结构面地质成因分析，将该组要出露有三组优势结 构面：Ⅰ组，层面，产状范围为85°~110°∠30°~36°；Ⅱ组，节理，产状范围为243° ~276°∠67°~85°；Ⅲ组，节理，产状范围164°~170°∠74°~90°。
4-2 侧线4结构面极点图
图4-3 侧线4结构面走向玫瑰花图
4.2 获取倾向、倾角、半迹长概率分布参数
在数据分组的基础上，借助 SPSS 软件强大的数据分析功能，对数据按组进行概率统计分 析，得到结构面网络模拟所需要的必要统计参数。根据已有资料对节理概统计模型的研究， 此处倾向、倾角选择了正态分布模型，半迹长选择了均匀分布模型或是负指数分布模型，具 体的模型可进一步通过相关模型检验得到。 4.2.1 倾向概率分布 通过统计分析，得到Ⅰ组节理倾向均值为 96.43°，标准差为 11.356°（图 4-3）；Ⅱ组节 理倾向均值为 261°，标准差为 16.703°（图 4-4）；Ⅲ组节理倾向均值为 171.11°，标准 差为 9.466°（图 4-5）。
其中结构面模型区尺寸为 15m×10m×10m,在 AUTOCAD 中共生成 147 个结构面三维 实体，实体模型、各个平面的网络图为从被模拟的整个节理岩体中截取的一部分，在网络图 中模拟钻探岩芯，统计大于 10cm 岩芯占总钻进的百分比，得到各个方向的 RQD 值，绘制 RQD 玫瑰花图，并作出 RQD 频率直方图。
测线方向向量l ', m', n' 为：
l' cos(180 ) sin(90 ) cos cos
m'
sin(180
) sin(90
)
sin
cos
n'
cos(90
)
sin
其中 为测线的倾伏向， 为测线的倾伏角。
则结构面法线 n 和测线夹角θ 的余弦为
单测线结构面的线密度
cos =ll' mm' nn'
d
L
n cos
多测线结构面线密度
（1）
(2) (3) (4)
n
ni
d n i1
(5)
Li cosi
i 1
其中 n 为测线数， Li 为第 i 条测线长度，i 为结构面法线 n 与测线夹角。
进一步求得结构面体密度为：
V
=
2d d
(6)
其中 d 为结构面直径期望。
对于均匀分布结构面，
d
4(a
岩体结构面三维网络模拟
为分析研究区内岩体质量状况，查明该区域内的结构面发育规律，在研究区域内水布垭 水库北岸选择了 4 个剖面，南岸选择了 1 个剖面进行了详细地节理统计（如图 1 所示）。
测线 2 测线 3
测线 1
测线 4
测线 5
图 1 节理统计位置图 在野外统计的基础上，对其进行网络模拟，具体模拟步骤为： 1. 依据产状、由走向玫瑰花图和极点图分组； 2. 由概率图法和 K-S 检验法获取各组倾向、倾角、隙宽最佳概率分布； 3. 由半迹长分布推算各组直径分布； 4. 由间距分布推算各组体密度； 5. 各组几何要素概率分布参数调整、校核，得到结构面网络模拟参数； 6. 通过结构面三维网络模拟估算岩体 RQD 的概率分布
b)
。其中
a，b
分别为半Hale Waihona Puke Baidu长的极小极大值。
当发育 m 组结构面，总体体密度
m
V总 = Vi
(5)
i 1
其中 Vi 为第 i 组结构面的体密度。
组名 体密度 总体体密度
计算得体密度分布表
第一组
第二组
0.0694
0.0237
0.0976
第三组 0.0045
4.4 岩体 RQD 估算
由模拟参数，采用 EXCEL 生成伪随机数，导入 AUTOCAD 建立三维网络实体模， 截取主滑平面、主滑横剖面、水平面三个方向平面为对象进行网络图的输出，并绘制各个平 面的 RQD 玫瑰花图，由此分析结构面连接情况、RQD 各向异性程度，并最终确定 RQD.
图 4-7 Ⅰ组倾角频率直方图与正态概率密度曲线
图 4-8 Ⅱ组倾角频率直方图与正态概率密度曲线
图 4-9 Ⅲ组倾角频率直方图与正态概率密度曲线
4.2.3 半迹长概率分布
通过统计分析，得到Ⅰ组节理半迹长均匀分布特征参数极小值为 0.4m，极大值为 5m（图 4-9）；Ⅱ组节理半迹长均匀分布特征参数极小值为 0.2m，极大值为 1.5m（图 4-10）；Ⅲ 组节理半迹长均匀分布特征参数极小值为 0.5m，极大值为 0.5m（图 4-11）。
5 16.70 9.29
5 9.47 6.19
5
4.3 间距分布推算体密度大小
线密度和体密度的求解公式：
结构面法线 n 的方向向量l, m, n 为：
l cos(180 ) sin cos sin m sin(180 ) sin cos sin n cos
其中 错误!未找到引用源。 为结构面平均产状。
半迹长 倾向 倾角
半迹长 倾向 倾角
半迹长
均匀分布 正态分布 正态分布 均匀分布 正态分布 正态分布 均匀分布
极小值/m 均值/° 均值/° 极小值/m 均值/° 均值/° 极小值/m
0.4 261 74.67 1.3 171.11 80.44 0.5
极大值/m 方差/° 方差/° 极大值/m 方差/° 方差/° 极大值/m
图 4-13 结构面的三维网络实体模型
北偏东 33.69°
北偏东 33.69°
图 4-14 结构面网络图
33.69°
图 4-15 结构面网络图 图 4-16 第一组岩芯取样分布直方图
图 4-17 第二组岩芯取样分布直方图 图 4-18 第三组岩芯取样分布直方图
四、测线 4 结构面网络模拟分析
测线 4 结构面统计基本信息 地点：水布垭库区清江北岸白水溪; GPS：N:30°26′06″ E:110°18′44″ H:477m; 露头类型:路堑边坡; 露头产状：135°∠89°; 岩性: 中厚层状灰岩; 测线产状: 135°∠4°; 测线总长：16.5m.
图 4-10 Ⅰ组半迹长频率直方图
图 4-11 Ⅱ组半迹长频率直方图
图 4-12 Ⅲ组半迹长频率直方图
通过统计分析得到三组结构面概率分布特征参数为：
组别 第一组
统计参量 倾向 倾角
概率分布模型 正态分布 正态分布
均值/° 均值/°
概率模型特征参数
96.43
方差/°
33
方差/°
11.36 2.16
第二组 第三组
图 4-4 Ⅰ组倾向频率直方图与正态概率密度曲线
图 4-5 Ⅱ组倾向频率直方图与正态概率密度曲线
图 4-6 Ⅲ组倾向频率直方图与正态概率密度曲线
4.2.2 倾角概率分布
通过统计分析，得到Ⅰ组节理倾角均值为 33°，标准差为 2.16°（图 4-6）；Ⅱ组节理 倾角均值为 74.67°，标准差为 9.292°（图 4-7）；Ⅲ组节理倾角均值为 80.44°，标准差 为 6.187°（图 4-8）