岩体结构面几何参数的确定

摘要：岩体是地质体的一部分，是非均质的、各向异性的不连续体。岩体中力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层，构成岩体的不连续面，称为结构面。结构面实际上是地质中岩体内形成的具有一定方向、一定规模、一定形态和一定特征的地质界面。

关键词：岩体结构面 几何参数 确定

　　 岩体是地质体的一部分，是非均质的、各向异性的不连续体。岩体中力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层，构成岩体的不连续面，称为结构面。结构面实际上是地质发展历史中岩体内形成的具有一定方向、一定规模、一定形态和一定特征的地质界面。

　　 结构面的几何特征直接控制岩体中岩块的大小，同时控制岩质边坡稳定性分析和地下洞室围岩稳定性分析中的边界条件，即控制滑体的形状、规模及其趋势。具有工程意义的岩体结构面主要包括地层层面和节理等。

　　 在某抽水蓄能电站坝址区进行了大量的岩体结构面调查之后，利用所取得的资料，应用EXCEL软件，对有关几何参数进行统计分析，并利用数学模型和检验原理，确定了具有一定置信程度的置信区间。

　　 1 结构面几何参数

　　 岩体结构面几何参数主要包括产状、间距、连通性等，结构面的产状由其走向、倾向和倾角组成，而结构面的走向和倾向可以相互换算，即只要确定其一即可（本文中以倾向为例）。岩体结构面几何参数主要从天然露头、剖面（例如采矿剖面，道路剖面等）、平硐、钻孔中实测而得。

　　 2 结构面倾向

　　 以结构面的倾向（方位角）为例，在工程区现场调查了二组结构面的305个数据，输入到EXCEL表后，得到的统计结果为：一组节理面（节理1）倾向的范围为80° ~147° ，其均值为111.4° ；另一组节理面（节理2）倾向的范围为154° ~270° ，其均值为200.9° 其分布见图1。

　　图1 结构面倾向统计图

　　 先对节理1进行分析，在模型的对比中可知，节理1服从伽马分布。因此根据相对频率，数学期望S Ex 和方差S Dx ，然后可根据模型的特征计算其参数，a 和b 值可联立方程求得，G (a )可通过斯特林公式得到，计算结果为：a = 60.7627 和 b = 0.5279。所以，有：a = 4.4E-99， b = 59.763， c = -0.5279。

　　 根据模型，计算其理论频率，再转化为它的模型值，比较实际值和模型值，用c 2检验。u = 4，a = 0.05，计算值为3.403，而临界值为9.488。说明模型是可信的。

　　 对节理2进行分析，实际资料近似正态分布。其资料统计如下：

　　 同理，可以得到其模型的频数。比较实际值和模型值，用c 2检验。u = 7，a = 0.05，计算值为12.295，而临界值为14.067。说明模型是可信的。因此，利用模型计算节理1倾向的置信区间为： 112.4° ~117.8° ；节理2倾向的置信区间为：200.2° －201.6° 。

　　 3 结构面倾角

　　 有关结构面倾角，以节理2的为例，共有139个样本，其资料统计如下：

　　 对该资料进行模型分析后，其实际资料近似正态分布。比较实际值和模型值，用c 2检验。u = 5，a = 0.05，计算值为10.885，而临界值为12.592。说明模型是可信的，（见图2）。

　　图2 结构面节理2倾角统计图

　　 因此，利用模型计算节理2倾角的置信区间为：74.0° －74.7° 。

　　 结构面间距同样以节理2为例，139个样本可以确定138个间距，据其样本的统计分析，其模型近似服从威布尔分布。在Excel程序中，可以将威布尔分布的累计形式转换成线性关系，线性回归分析后，得到：a =1.5696， b = 0.0105，相关系数为0.9963，相应的F检验值为703.677。可见相关系数相当大，且F实际检验值大于F理论临界值（见图3）。

　　 得到模型参数后，就可以计算模型对应于自变量的模型累计频率，由该累计频率转化成模型值的频数。比较实际值和模型值，用c 2检验。u = 11，a = 0.05，计算值为7.838，临界值为19.675。说明模型是可信的。利用模型计算节理2的间距置信区间为16.3－16.4 cm。

　　图3 结构面节理2间距统计图

　　 5 结构面连通性

　　 对于结构面的连通性分析，同样以节理2为例，139个的样本进的统计，其模型近似服从威布尔分布。在Excel程序计算中，可以将可以威布尔分布的累计形式，转换成线性关系，线性回归分析后，得到： a = 1.0629， b = 0.0150，相关系数为0.9981，相应的F检验值为3835.692。可见相关系数相当大，且F实际检验值大于F理论临界值（见图4）。

　　图4 结构面节理2连通性统计图

　　 得到模型的参数后，就可以计算模型对应于自变量的模型累计频率，再由该累计频率转化成模型值的频数。比较实际值和模型值，用c 2检验。u = 11，a = 0.05，计算值为6.197，而临界值为19.675。说明模型是可信的。利用模型计算节理2的连通性置信区间为50.7－50.9 cm。

　　 6 结论

　　 通过上面的分析评价可以说明在对岩体结构面几何参数（包括其产状、间距、连通性等）的统计分析及模型评价时，只要其调查样本足够大，都可以获得其统计资料；又根据统计及模型原理，比较不同的分布，能找到其拟合较好的分布模型，从而评价结构面几何参数的置信区间，为岩质边坡稳定性分析和地下洞室稳定性分析确定合适的参数。