一種野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量統(tǒng)計(jì)巖體體裂隙率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地質(zhì)勘測(cè)、巖土工程、水文地質(zhì)和巖質(zhì)邊坡覆綠等專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其 涉及一種野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量統(tǒng)計(jì)巖體體裂隙率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在實(shí)際生產(chǎn)工作中，很多方面都需要進(jìn)行巖體裂隙率的野外幾何測(cè)量，如在水利 水電工程、采礦工程、國(guó)防軍工等涉及在巖體中施工的工程項(xiàng)目。但是巖體的裂隙發(fā)育存在 很強(qiáng)的非均質(zhì)性和各向異性，裂隙發(fā)育的不確定性和產(chǎn)狀的未知性給野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量造成了 很大困難，如何在野外現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)客觀的測(cè)量巖體的裂隙率一直是地質(zhì)工作中的難題。在調(diào) 查工作中，野外幾何測(cè)量巖體裂隙率的工作是最基礎(chǔ)的工作，加強(qiáng)野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量巖體體裂 隙率的方法研究有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 目前在野外地質(zhì)工作幾何測(cè)量方法中，我們大多采用的是線裂隙率和面裂隙率測(cè) 量方法。這兩種測(cè)量方法簡(jiǎn)單易行，但是其分別反映一維和二維條件下的裂隙發(fā)育特征，測(cè) 得結(jié)果只能說為局部表面的裂隙率。選擇測(cè)量點(diǎn)不同，線裂隙率和面裂隙率測(cè)量結(jié)果也會(huì) 有很大不同。實(shí)際上巖體是個(gè)三維的物體，其裂隙率定為體裂隙率更加客觀準(zhǔn)確，從三維來 看，巖體實(shí)際是被一個(gè)個(gè)結(jié)構(gòu)面切割開來，裂隙實(shí)際上就是結(jié)構(gòu)面的外延。以往測(cè)量方法的 測(cè)量范圍為所選測(cè)量面上所有裂隙，包括構(gòu)造裂隙、成巖裂隙、風(fēng)化裂隙、卸荷裂隙等。但是 巖體臨空面因?yàn)槭茱L(fēng)化作用、卸荷作用，裂隙比內(nèi)部要發(fā)育的多，以線裂隙率和面裂隙率作 為區(qū)域巖體的裂隙率無疑就將結(jié)果放大，這對(duì)于需要較精確取得巖體內(nèi)部裂隙率的情況來 說就顯得不是很實(shí)用了。另外，采用其他精密器械則所需代價(jià)較大，而且野外工作時(shí)較為不 方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種相對(duì)客觀的在野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量統(tǒng)計(jì)巖體體裂隙率的方法，解決了 上述現(xiàn)有方法中的不足。其能夠較全面的綜合統(tǒng)計(jì)一定區(qū)域內(nèi)完整巖體體裂隙率，代表性 和應(yīng)用性大為提尚。
[0005] 本發(fā)明具體的技術(shù)方案如下：
[0006] (1)收集資料與野外地質(zhì)踏勘：首先結(jié)合研究區(qū)已有地質(zhì)資料了解本地區(qū)巖層、 構(gòu)造史等基礎(chǔ)地質(zhì)資料，對(duì)本區(qū)域巖體可能的成巖裂隙、構(gòu)造裂隙的控制方向有大致的了 解與判斷；進(jìn)行野外地質(zhì)踏勘，實(shí)地調(diào)查野外巖體裂隙的實(shí)際發(fā)育狀況，結(jié)合前期資料收集 判斷的構(gòu)造應(yīng)力的主方向，弄清研究區(qū)巖體具體發(fā)育幾組成巖裂隙與構(gòu)造裂隙；同一組不 同節(jié)理面產(chǎn)狀應(yīng)近似一致，表現(xiàn)為節(jié)理裂隙面近平行，可使用地質(zhì)羅盤等測(cè)量巖層產(chǎn)狀的 工具和繪制玫瑰花圖來進(jìn)行判斷，至于風(fēng)化裂隙與卸荷裂隙因其只在巖體表面存在，故不 予考慮；對(duì)每組裂隙分別編號(hào)（j = 1，2, 3...)，確保所選的節(jié)理裂隙涵蓋了研究區(qū)所有的 成巖、構(gòu)造裂隙。
[0007] (2)要以全區(qū)為研究對(duì)象進(jìn)行裂隙統(tǒng)計(jì)顯然是不可行的，我們可以用典型單元體 的體裂隙率來代表全區(qū)巖體的體裂隙率，所以要先確定典型單元體的位置和大小。單元體 的選擇原則為代表性、準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性與可操作性，代表性是指所選測(cè)量位置要能反映全區(qū) 巖體的裂隙發(fā)育規(guī)律；準(zhǔn)確性是指測(cè)量要客觀，所得結(jié)果要精確可靠；經(jīng)濟(jì)性是指在考慮 代表性和準(zhǔn)確性的前提下，要盡可能的節(jié)約成本，減少人力、物力的消耗；可操作性是指測(cè) 量工作的過程要安全、便于操作。
[0008] 這里要重點(diǎn)對(duì)典型單元體（正方體）棱長(zhǎng)a的確定進(jìn)行說明，棱長(zhǎng)一般根據(jù)節(jié) 理面平均間距來進(jìn)行選擇，經(jīng)過我們多次測(cè)量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際野外工作中我們所接觸到的 巖體節(jié)理面間距多在IOcm-IOOcm之內(nèi)，大于IOOcm的完整巨厚層巖體十分罕見，所以我們 規(guī)定：節(jié)理面平均間距在30cm以內(nèi)的，典型單元體棱長(zhǎng)a取Im即可；節(jié)理面平均間距在 30cm-100cm的，典型單元體棱長(zhǎng)a取2m ;當(dāng)然我們不排除個(gè)別特殊情況的出現(xiàn)，如果受測(cè)量 可操作性所限或巖體平均節(jié)理間距大于l〇〇cm，則典型單元體棱長(zhǎng)的確定視具體情況而定， a也可取0. 5m或3m。此外，選擇球體作為單元體計(jì)算也可。
[0009] (3)假定單元體為棱長(zhǎng)2m的正方體，對(duì)單元體內(nèi)每組節(jié)理裂隙分別進(jìn)行測(cè)量統(tǒng) 計(jì)，使用折尺與塞尺等工具。具體測(cè)量方法為：選定一組節(jié)理面，將2m長(zhǎng)折尺置于節(jié)理面法 線方向，記錄2m長(zhǎng)度范圍即折尺穿過的該組每一個(gè)節(jié)理面，用米尺逐一測(cè)量跡線長(zhǎng)度Li (i =1，2, 3. . .)、Ki (i = 1，2, 3...);受壁面露頭條件所限，一般情況下，我們只能測(cè)得節(jié)理面 的一條跡線長(zhǎng)度，延伸向壁面內(nèi)的一邊（簡(jiǎn)稱內(nèi)邊）無法測(cè)得，通?？蓪⒇灤┱麄€(gè)單元體的 裂隙（如層面裂隙）的內(nèi)邊定為2m，用塞尺逐一測(cè)量節(jié)理面隙寬Ni(i = 1，2,3...);用羅 盤測(cè)量其產(chǎn)狀，傾向相差20°且傾角相差10°的節(jié)理面可視為是同一組節(jié)理面，此項(xiàng)工作 必須進(jìn)行，防止重復(fù)計(jì)算。
[0010] 計(jì)算方法為：先求出每組節(jié)理面的裂隙體積，假設(shè)第一組（j = 1)節(jié)理面，在2m長(zhǎng) 的法線距離由有η個(gè)書理而笛一鉬節(jié)理面裂隙體積和為
[0011]
[0012] 則該單元體內(nèi)m組節(jié)理面的裂隙體積總和為：
[0013]
[0014] 巖體體裂隙率為：
[0015]
，V表示巖塊與裂隙總體積。
[0016] 假定單元體為棱長(zhǎng)a的正方體，故巖體體積，即巖塊與裂隙總體積為a3,所以巖體 體裂隙率為
[0017]
[0018] 假定單元體為半徑為R的球體，故巖體體積，即巖塊與裂隙總體積為^πΙΙ3，所以 巖體體裂隙率為
[0019]
[0020] (4)若單元體棱長(zhǎng)為Im的正方體，則巖體裂隙率為
[0021]
[0022] 本發(fā)明提供的一種野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與計(jì)算巖體體裂隙率的方法有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 在經(jīng)濟(jì)成本方面，體裂隙率測(cè)量法只需極為簡(jiǎn)單的折尺、塞尺、羅盤等測(cè)量工具， 成本較低，在實(shí)際操作上，兩個(gè)人即可完成此項(xiàng)工作，熟練的技術(shù)人員可以在一個(gè)小時(shí)內(nèi)完 成一個(gè)測(cè)量平面的工作。
[0024] 在技術(shù)先進(jìn)性方面，應(yīng)用本發(fā)明方法革新了固有的線裂隙率與面裂隙率測(cè)量方 法，可以在較為方便測(cè)量的基礎(chǔ)上，取得可靠性較高的巖體體裂隙率的數(shù)據(jù)，流程清晰，在 實(shí)際操作中，前期判斷節(jié)理面組數(shù)的工作可與其它地質(zhì)踏勘工作共同進(jìn)行。
[0025] 在社會(huì)應(yīng)用價(jià)值方面，本發(fā)明提供了一種真正具有實(shí)際操作性的巖體體裂隙率測(cè) 量方法，開辟了一種野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量巖體裂隙率的新思路，對(duì)于完善野外地質(zhì)工作手段、推進(jìn) 地質(zhì)等相關(guān)行業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明提供的用于野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量統(tǒng)計(jì)巖體體裂隙率的方法操作步驟示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面將結(jié)合本發(fā)明中的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地 描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā) 明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028] 實(shí)施例1濟(jì)南市某地區(qū)高陡巖質(zhì)邊坡覆綠工程：
[0029] 在前期裂隙測(cè)量統(tǒng)計(jì)工作中，運(yùn)用本發(fā)明方法對(duì)濟(jì)南市多個(gè)地區(qū)的石灰?guī)r巖體進(jìn) 行測(cè)量統(tǒng)計(jì)。在具體實(shí)施上即是按照?qǐng)D1方法所述步驟開展，具體為：
[0030] (1)收集濟(jì)南某地區(qū)有關(guān)地層、構(gòu)造史等的基礎(chǔ)資料。在資料中我們了解到濟(jì)南地 區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)以水平作用為主，最大主應(yīng)力軸σ 1與最小主應(yīng)力軸σ 3傾角均小于20°，最 大主應(yīng)力方向?yàn)楸睎|東向，方位為ΝΕ60。~80°