天然巖體,從宏觀上來說,它是由節理或裂隙切割成一塊一塊的、互相排列與咬合著的巖塊所組成的。巖體中往往具有明顯的地質遺跡,如不整合、褶皺、斷層、節理、劈理、解理、層埋、片理等。它們在巖體力學中一般都統稱為節理。由于節理的存在,造成了巖體介質的不連續,因而,這些界面又稱為不連續面或結構面。它造成了巖體的不連續性和各向異性,同時,還反映了區域地質構造和自然應力場的特征。

由于巖體中有結構面的存在,使巖體與完整巖石的力學特性之間有很大的差異。從巖體的力學屬性來看,可認為完整的巖體屬連續介質力學范疇;而碎屑巖體或糜棱巖體則屬土力學 范疇;介于上述二者之間的裂隙巖體或破裂巖體,也統稱節理巖體,因它受節理切割的影響,可認為是有地質力學的屬性,即由地質的特點而決定其力學性質,其力學屬性被認為部分屬非連續介質力學的范疇。
巖體結構
Theory.
巖體結構是指巖體中結構面與結構體的空間排列組合特征。巖體結構包括兩個基本要素或稱結構單元,即結構體(巖石)和結構面。
在《巖土工程勘察規范(GB 50021-2001)》中,將巖體結構劃分為5大類。目的:弄清巖體中結構面的情況及其力學屬性,建立符合實際工程巖體的地質力學模型。

結構面(亦稱弱面):巖體內存在的各種地質界面,包括:不連續面和物質分異面,如裂隙、節理、層理、軟弱夾層、斷層及斷裂破碎帶等。

結構面的分級
巖體中的各種結構面依其本身的產狀,彼此組合將巖體切割成形態不一、大小不等以及成分各異的巖石塊體,稱為結構體。結構體的大小及形態主要取決于結構面的密度及其空間組合關系。結構體常見的形狀有:塊狀、柱狀、層狀、板狀、碎塊狀及碎屑狀;結構體的形狀與巖石類型有關;結構體的形狀還與區域構造運動強度密切相關。
結構面的分級
Theory.
結構面的產狀主要包含三方面內容:
走向:是指結構面與水平面相交的交線方向;
傾向:是與走向成垂直的方向,它是結構面上傾斜線最陡的方向;
傾角:是指水平面與結構面之間所夾的最大角度。
由于走向可根據傾向來加以推算,故一般只用傾向、傾角來表示,表示方法一般為傾向<傾角。

結構面的連續性又稱為結構面的延展性或貫通性,常用跡長、線連續性系數和面連續性系數表示。
(1)跡長
結構面與勘測面交線的長度,稱為跡長。國際巖石力學學會(ISRM,1978年) 制訂的分級標準(見下表)。

(2)線連續性系數 Kl
是指沿結構面延伸方向上,結構面各段長度之和與測線長度的比值。


(3)面連續性系數 Ka
是指結構面延伸方向,結構面面積之和與被測試巖體總面積的比值,即

結構面的密度是指結構面發育的密集程度,常用線密度、間距等指標表示。
線密度 Kρ :是指結構面法線方向單位測線長度上交切結構面的條數(條/m);
間距d :是指同一組結構面法線方向上兩相鄰結構面的平均距離。兩者互為倒數關系,即


當巖體上有n組方向的結構面時,

則沿測線x上的n組結構面間距為:


......


傳統上對結構面的研究通常采用羅盤、尺子等工具到現場進行測量,然后對數據進行統計分析。這種方法既費力氣又費時間,而且對于一些難以進入的場地,獲取數據是非常困難的,甚至是危險的。

基于這些考慮,工程技術人員開發出了ShapeMetrix 3D巖體三維成像及統計分析系統,使得巖體結構分析的工作變得得心應手。

ShapeMetriX3D是一套全新的巖體三維成像系統。采用一臺標定的照相機,從兩個不同的角度來對指定的區域進行成像,然后輸入計算機中合成三維模型。
工作過程大概如下:
利用相機從兩個方向上采集兩張照片,輸入到軟件內。

將兩幅圖片中心重合,劃定頂線和底線。

生成三維模型。

選定模型分界線。

將做好的模型,載入分析模塊中。可以確定任一點的GPS坐標,也可以確定任意結構面的傾向、傾角、走向、長度、大小、面積、體積、高差等參數。

將兩個已經建好的模型載入到軟件內,可以進行拼接。

可以指定某一個面作為參考面。

將做好的模型,載入分析模塊中。可以確定任一點的GPS坐標,也可以確定任意結構面的傾向、傾角、走向、長度、大小、面積、體積、高差等參數。

可以自動生成等高線圖。

可以對這個模型進行赤平投影分析和節理圖分析。


可以對體積進行計算。

可以以多種格式輸出模型,如VRML、DXF、OBJ、TXT、EXCEL等。

可以以多種模式查看模型。




綜上所述,巖體的力學特性深受其內部結構面控制。
傳統測量方法效率低、風險高。ShapeMetriX 3D系統利用三維攝影測量技術,僅需通過照片即可快速、精確地重建巖體三維模型,并自動識別與分析結構面的產狀、間距、跡長等關鍵參數,實現了非接觸、高效率、高精度的測量,極大地提升了工程地質勘察的現代化水平與安全性,是巖體結構分析領域的*工具。
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