岩块分形维规律及三维岩体质量评价.pdfVIP

第44卷 第4期 人 民 长 江 Vo1．44．No．4 2013年 2月 Yangtze River Feb．． 2013 文章编号：1001—4179(2013)04—0035—04 岩块分形维规律及三维岩体质量评价 侯 赤 金 ，陈 志 强 ，刘 顺 昌2 (1．云南有色地质局 楚雄勘查院，云南 楚雄 675000； 2．中国地质大学 工程学院，湖北 武汉 430074) 摘要 ：利用 Monte—Carlo法在计算机上生成岩体结构面三维网络 图，对结构面切割后的块体分形维进行分析 ， 结果表明块体数量与结构面数量有 明显的幂律关系，即分形规律 ；小于某体积尺度 的块体数量与体积尺度也 存在分形关系，结构面数 目改变时 ，该分形维基本不变。另外 ，块体数 目与测量空间大小之 间的分维数 D 随 着结构面数 目的增加即破碎程度的增加而增加，这表明D 可以作为三维岩体质量评价的一种有效参数，这 为岩体质量评价体 系提供 了一个新思路和新方法。 关 键 词 ：结构面 ；分形维数 ；岩块 ；岩体质量评价 中图法分类号：P58 文献标志码 ：A 岩石质量指标 RQD是反映工程岩体完整程度 的 却为 100％，这显然也是不切实际的。实际上岩体是 定量参数 ，广泛用于水利水电、矿山、地下工程 、交通工 三维的地质体 ，用于反映岩体完整性的RQD指标也应 程等岩体稳定性评价 ，如何进行岩体质量评价是岩石 该是三维的参数 ，仅凭钻探得到的一维的RQD指标来 力学 中最基本的研 究课题之一 。因此 ，确定正确的 说 明三维的完整性程度会产生偏差。 RQD或其类似指标具有十分重要的意义 ，但是传统的 为了解决以上问题 ，本文引进 阈值 ，把RQD概念 RQD是在一维条件下得到的，由于岩体赋存 的环境是 延拓为：岩体中边长 的正方体中岩块数 目分维数 ，记 三维的空间，因此采用三维指标来评价岩体质量更为 为 DNLo 合适。 笔者运用 Monter—Carlo法在计算机上生成岩体 结构面三维网络图，然后分析岩块分形规律并计算不 1 传统 RQD缺点及改进 同数量结构面工况时的D 。探讨岩块 的分形规律及 Deere根据金 刚石钻进 的岩芯采取 率提 出了 用分维数 D 作为分级指标的岩体质量评价方法 。 RQD，将其定义为 10on 以上的岩芯累计长度 占钻孔 2 分形理论及应用 总进尺的百分比。虽然 ，RQD指标已在工程中得到广 泛应用 ，但也存在如下两条明显的缺点 ： 2．1 分形理论概述 (1)临界值的选定 。在 Deere的RQD定义 中，临 分形 理 论 由 Mandelbrot创 立 于 20世 纪 70年 界值为 10em并没有得到充分的论证 。如果钻探中岩 代 ，现被广泛应用于 自然科学和社会科学 的各个 芯长度都小于 10cm，钻孔测得的RQD为零 ；相反 ，如 领域 ，成为当今 国际上许 多学科 的前沿研究课题 。分 果岩芯长度都大于 10c：m，所 获得 的 RQD值均为 形理论主要是研究一些具有 自相似性 的不规则曲线 、 100％，显然不切实际。 具有 自反演性的不规则图形 、自平方性 的分形变换和 (2)各向异性及维度问题 。由于岩体工程性质的 自仿射分形集等。在实际运用 中，应用最为广泛的是 各 向异性 ，相应的RQD值也是各向异性的。例如对