一种地下工程岩体节理迹线长度确定方法技术

本发明专利技术提供了一种地下工程岩体节理迹线长度确定方法，步骤如下：现场岩体节理量测及节理信息数据库建立；确定节理迹线长度的取值范围和优势节理组的分组数目；确定最佳优势节理组分组数；确定节理迹线长度统计下限值。本发明专利技术的优点是实现了随机节理与迹长较短无实际工程意义优势节理的有效剔除，优化获取的节理样本数据，使得所得到的节理数据能够更真实更准确的表达岩体节理的空间分布特征。本发明专利技术考虑了节理产状特征和优势节理组的划分对节理迹线长度下限制获取的影响，建立的方法首先确定最佳优势节理组数，在此基础上进行节理迹线长度下限值的确定，方法的具有普适性和可迁移性。

【技术实现步骤摘要】
一种地下工程岩体节理迹线长度确定方法
本专利技术涉及采矿工程、岩土工程、工程地质等技术工程领域，尤其涉及一种不同条件下地下工程岩体节理迹线长度确定方法。
技术介绍
岩体是由结构面和岩块所组成的，具有不连续性、非均质性和各向异性的地质体。结构面的存在，控制着岩体的地质力学特性和渗透性等物理力学性质，对工程岩体的失稳破坏起着重要的作用。为此为满足地下工程施工、支护设计的要求，需要开展工程岩体节理裂隙调查。工程岩体节理裂隙调查的方法主要有测窗法和测线法两种。在现场量测时，当前的方法要求对其测窗和测线范围的节理信息进行全样本采集，这种样本采集的标准，常常会将一些迹线长度过小，对岩体稳定性无实质影响的节理添加到确定样本中，进而极大的影响了确定结果的真实性和准确性。针对这一问题，在开展地下工程岩体节理裂隙信息量测时，亟需确定一个合理的节理迹线长度确定下限值，即节理迹线长度大于所确定的下限值时，将该节理加入到确定样本中，反之将该节理量测信息删除，不进行统计分析。当前在进行现场量测时，所采用的节理迹长下限值多为量测技术人员依据经验给出，存在明显的主观性，增加了地下工程不可预知的危险。同时，受到不同地质条件、不同工况以及不同工程稳定性要求的差异性影响，其对应的节理迹长确定下限值也不相同。因此，需要建立一种不同条件下地下工程岩体节理迹线长度确定方法，合理确定节理迹长的下限值，提高节理信息统计的客观性和准确性，同时还可作为一种普适性的方法进行推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种适用于不同条件下的地下工程岩体节理迹线长度统计方法，确定节理迹线长度下限值，实现对迹长不满足下限值的节理进行有效剔除，获得一个能准确反映该工程岩体节理裂隙分布特征的节理信息集，为进一步的岩体稳定性分析及支护参数设计提供依据。为实现上述目的，本专利技术公开如下技术方案：一种地下工程岩体节理迹线长度确定方法，其特征在于包括如下步骤：(1)现场节理信息量测：基于节理调查的目的，结合调查区域范围及区域内的工程分布情况，布置测窗，测窗尺寸长8-10m，高3m，测窗间隔布置，在调查区域内的II级以及较大尺寸的III及结构面要单独进行量测，测窗布置完毕后，对测窗内节理进行全样本量测；(2)基于所量测的信息：建立调查区域节理产状数据库，统计该数据库内节理迹线长度的分布特征，以90％的置信度，确定主要节理迹线长度值的范围；生成节理产状极点图，基于聚类分析算法，确定优势节理组数的取值范围；根据所确定的节理迹线长度范围和优势节理组数取值范围，对其进行排列组合，确定最佳优势节理组数；(3)最佳优势节理组数确定：引入DB评价指标，表征优势节理组数划分的优劣，如式(1)所示，计算不同组合方案节理集合所对应的DB指标，DB值越小表面其聚类效果越好，即对应的优势节理组数与真实值更接近；式中，NW—为优势组数目；ci—为优势组Wi的产状中心向量；cj—为优势组Wj的产状中心向量；d(ci,cj)—表示优势组Wi和Wj产状中心向量间的距离。(4)节理迹线长度下限值确定：在确定了最佳优势节理组数后，引入k离散性系数指标，该指标用来评价每个优势节理组内所有节理的聚类程度，计算在最佳优势节理组分组条件下，不同节理迹线长度下限值筛选得到的节理集合的k离散性系数指标；式中：N—为优势组节理样本数量；R—为优势组节理样本合矢量长度。将k>20作为节理几何产状聚类程度好的判定条件，得到了满足该判定条件的节理迹线长度值范围。进一步定义n指标，该指标表示离散性系数k值大于20的概率，其计算方法如公式：式中：s—k离散性系数大于20的节理组数；z—为节理迹长统计下限相同时所有节理分组方案的节理组总数；统计分析满足离散性系数k>20判定条件的节理迹线长度的n指标分布特征,以n指标值发生突变为判定条件，定义该突变点为节理迹线长度的下限值；如该分布曲线无突变点，则定义满足离散性系数k>20判定条件的节理迹线长度的最小值为节理迹线长度的下限值。本专利技术与现有方法相比具有以下优点：(1)本专利技术提出一种节理迹长统计下限值的确定方法，该方法突破了节理迹长统计下限值由主观经验确定的传统方法，实现了随机节理与迹长较短无实际工程意义优势节理的有效剔除，优化获取的节理样本数据，使其能充分反映岩体节理的空间分布特征，为工程技术人员开展岩体稳定性分析和支护参数设计提供了更加准确的数据支撑。(2)本专利技术考虑了节理产状特征和优势节理组的划分对节理迹线长度下限制获取的影响，建立的方法首先确定最佳优势节理组数，在此基础上进行节理迹线长度下限值的确定，方法的具有普适性和可迁移性。附图说明图1节理迹长统计下限值确定方法的一个实施例的流程图；图2调查区域测窗布置示意图；图3节理迹长分布柱状图；图4极点图；图5DB指标随迹长统计下限值的变化曲线图；图6最佳节理组划分下对应k离散性系数分布规律图；图7n指标分布规律图；具体实施方式参考图1给出了节理迹长统计下限值确定方法一个实例的流程图，具体实施过程结合附图进行详细阐述。某黄金矿山，根据工程设计的需要，开展该矿-800m中段的岩体结构特征调查，根据岩体调查分布区域与工程布置情况，共布置16个测窗，该中段测窗布置图见图2，测窗长度为8-10m，高度3m，测区间隔为8-10m，然后借助各种工具手段，本实例中采用Sirovision岩体节理遥测分析系统，完成测区岩体节理信息的采集，为减少重复描述，本实施方式仅对10#测窗节理迹长统计下限值的确定过程进行描述。(1)由测窗量测的节理样本数据绘制测窗节理迹长分布柱状图3和产状极点图4；由测窗节理迹长分布柱状图可知，按照90％的置信度，迹长大于0.4m的节理样本表现出较大的离散性，因此确定节理迹长统计下限值选取范围不超过0.4m，分别取值为0m、0.1m、0.15m、0.2m、0.25m、0.3m、0.35m和0.4m；由测窗获取的节理产状信息极点图可知，可将优势节理组的划分数目预设为2组、3组、4组、5组或6组。由获取的节理迹线长度取值范围与优势节理组划分数目进行排列组合，所有组合方案见表1所示。表1全面试验组合匹配方案由上表可知，基于10#测区采集的节理数据，一共可以获取40组组合方案。(2)分别计算每一组合方案内节理集合的DB指标，DB取值越小代表该节理数据的聚类效果越佳，由图5所示，当节理迹长统计下限值分别为0m、0.10m、0.15m、0.20m、0.25m、0.30m、0.35m和0.40m时，对应的取得最佳聚类效果的节理组数目依次为3、3、3、2、2、2、2和2，因此确定最佳优势节理组数为2组。(3)进一步计算最佳优势节理组分组条件下，不同节理迹线长度所包含节理集合的k离散性系数指标，当离散性系数值k＞20时，表示该节理组内的节理样本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下工程岩体节理迹线长度确定方法，其特征在于包括如下步骤：/n（1）现场岩体节理量测及节理信息数据库建立，根据调查的目标，调查区域的范围及工程分布情况确定矩形测窗分布，测窗为矩形，测窗的长度为8-10m，测窗高度为3m，测窗间隔分布；/n（2）确定节理迹线长度的取值范围和优势节理组的分组数目，依据所得到的节理量测信息，分析节理迹线长度的分布特征和节理几何产状信息的分布特征，进而确定节理迹线长度的取值范围和优势节理组的分组数目；/n（3）引入DB指标，计算不同排列组合方案的节理集合所对应的DB指标，以DB指标值最小为判别依据，确定优势节理组的分组数；/n（4）引入k离散性系数指标和概率指标n，以离散性系数k与概率指标n为综合判定条件，确定节理迹线长度下限值。/n

【技术特征摘要】
1.一种地下工程岩体节理迹线长度确定方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）现场岩体节理量测及节理信息数据库建立，根据调查的目标，调查区域的范围及工程分布情况确定矩形测窗分布，测窗为矩形，测窗的长度为8-10m，测窗高度为3m，测窗间隔分布；
（2）确定节理迹线长度的取值范围和优势节理组的分组数目，依据所得到的节理量测信息，分析节理迹线长度的分布特征和节理几何产状信息的分布特征，进而确定节理迹线长度的取值范围和优势节理组的分组数目；
（3）引入DB指标，计算不同排列组合方案的节理集合所对应的DB指标，以DB指标值最小为判别依据，确定优势节理组的分组数；
（4）引入k离散性系数指标和概率指标n，以离散性系数k与概率指标n为综合判定条件，确定节理迹线长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫麟，常志强，赵鑫，门业凯，李成峰，崔智秋，
申请(专利权)人：中铁十九局集团矿业投资有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11