岩层裂缝分形分布相关规律研究.pdfVIP

第21 卷 第2 期 岩石力学与工程学报 21(2) ：219～222 2002 年2 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb .，2002 岩层裂缝分形分布相关规律研究* 1 2 2 赵阳升 马 宇 段康廉 (1 中国矿业大学采矿系 徐州 221008) (2 太原理工大学( 中区)采矿研究所 太原 030024) 摘要 详细介绍了三个地质钻孔共计1 000 余米岩芯的裂缝分布分形统计研究结果，揭示出了同一地质体中，不 同岩层裂隙分布的分形维数与岩层岩样强度模量积呈幂函数的相关规律，并从构造应力场作用使岩石变形破裂的 角度给出了明确的物理解释。 关键词 岩层裂缝，数量分布，分形维数，强度模量积，分形规律，物理机制 分类号 TU 452 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002)02-0219-04 孔的方法，采集了3 个钻孔岩芯，具体描述见表1。 1 引 言 将岩芯按岩层分组，分别沿垂直于层理、平行于层 理切割平面，作为裂隙分布研究用试样。具体描述 岩层中广泛分布的裂缝、裂隙，对岩体工程稳 见表1。 定性具有重要影响，有关岩体裂缝的勘测与研究始 终是岩体力学重要而艰难的课题。20 世纪 80 年代 表1 岩样采集描述 后期，许多学者开始采用分形几何学方法[1]研究岩 Table 1 Description for rock sampling 钻孔号 孔深 / m 采样地点 采样时间 体裂缝分布规律，如：文[2～6]，文[7～9]在多年深 # 1002 609 山西介休县境内 1998.3 入系统研究的基础上，给出了明确的结论：“无论在 # 1006 581 山西介休县境内 1998.10 构造分组与不分组的条件下，岩体裂缝数量分布特 试6-1# 100 太原市东山煤矿 1997.10 征始终遵循尺度不变性规律”，它较好地说明了同一 岩层较大尺度范围内裂缝的分布规律，为岩层裂缝 2.2 裂缝数量分布的分形方法 分布的预测奠定了基础。 采用分形几何学的三维盒计数维数的定义与方 在同一地质体中，各岩层所经历的地质构造运 法，观测位于不同尺度网格中长度大于等于相应网 动十分相近，不同岩层裂缝分布是否存在相关规律， 格尺度的裂缝数量，其数量与尺度遵循如下分形规 也即地质体中裂缝数量的垂向分布如何，这是岩体 律：N = N －D 0δ ，按此方法观测、统计与分析，即可 工程、地质工程迫切需要解答的另一个技术难题。 以获得三个正交面上的裂缝数量分布分形维数。 在国家杰出青年科学基金和山西省自然科学基金的 2.3 岩样力学特性参数测定 资助下，作者先后详细研究了三个地质钻孔岩芯的 为揭示不同岩层裂缝分布相关规律，按照国际 裂缝数量分布分