基于近景摄影测量的岩体节理几何特性研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhongqiangcumt
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由于受到各种地质作用,岩体中往往存在大量的节理面。节理面的存在大大降低了岩体的强度和稳定性,成为各种岩体工程事故发生的主要原因。节理面几何形态是影响岩体工程安全性和稳定性的重要因素,节理粗糙度作为描述节理面平滑起伏状态的物理量,是反映节理面几何形态的重要参数。因此,开展岩体节理面粗糙度的评价研究对工程岩体稳定性评价和安全风险评估有着非常重要的意义。本文以四川长河坝花岗岩节理面为研究对象,基于近景摄影测量技术对节理面形貌数据进行采集,对节理面粗糙度影响因素展开研究,并基于离散元软件PFC对粗糙度影响因素进行了验证。主要研究内容如下:(1)通过现场实地勘测选取了大尺寸出露天然岩体节理面,基于近景摄影测量技术对所选取节理面进行摄影测量,使用Sirovision软件对现场拍摄的图像进行三维图像合成及三维坐标提取,对所提取点云数据进行精度校核、坐标转换、图像裁剪等数据预处理工作。基于Matlab平台编写了节理面三维重建程序,提高了工作效率,并将建模结果与Surfer软件建模结果进行了对比,两者具有良好的一致性。(2)以现场选取的典型节理面(JT1,JT2,JT3)为研究对象,分别在二维节理剖面线和三维节理面角度计算并研究了不同采样方向下的节理粗糙度。并综合考虑各个剪切方向,提出了反映节理粗糙度各向异性的参数,基于此参数分析了不同节理面粗糙度的各向异性程度。研究发现不同方向节理粗糙度大小不同,具有明显的各向异性特征;在节理剖面线角度计算得出的节理粗糙度各向异性雷达图是突变式的,而在三维节理面角度是渐变式的;最后给出了识别节理面剪切方向的方法。(3)以现场选取的典型节理面(JT1,JT2,JT3)为研究对象,分别在二维节理剖面线和三维节理面角度,研究了取样尺寸和取样位置对节理粗糙度评价的影响,并基于提出的节理粗糙度各向异性参数,研究了取样尺寸对节理面粗糙度各向异性的影响。研究发现:节理表面形态的不均一性是引起不同测量位置粗糙度结果不同的原因,导致取样尺寸和取样位置不同时,粗糙度测量结果差异较大;取样尺寸和取样位置同样会对粗糙度各项异性产生影响;最后基于渐进覆盖法和随机取样法,合理有效地降低了节理面粗糙度尺寸效应所带来的误差。(4)使用颗粒流软件PFC建立了节理岩体直剪试验数值模型,并依据室内试验数据对模型进行了参数标定,研究了节理粗糙度、节理倾角以及法向力对节理岩体抗剪强度特性的影响。实现了对节理面在不同方向和不同尺寸下进行直剪试验数值模拟,以JT1节理面为研究对象,研究了不同方向和不同尺寸下的抗剪强度。研究结果表明:节理峰值抗剪强度及残余强度与节理粗糙度、节理倾角以及法向力呈正相关。节理面在不同方向发生剪切时具有不同的节理峰值剪切强度以及不同的破坏模式,即具有明显的各向异性;节理面在不同的尺寸下发生剪切时,峰值抗剪强度会随着节理面尺寸的减小而增大,具有明显的抗剪强度尺寸效应。对前文节理粗糙度各向异性及尺寸效应进行了数值验证。
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