一种钻孔岩体节理直径和密度统计方法技术

本发明专利技术属于地质测绘技术领域，公开了一种钻孔岩体节理直径和密度统计方法，本发明专利技术目的通过钻孔岩心调查的节理产状、间距、隙宽和粗糙度等几何参数来估算钻孔节理直径和密度，从而为建立岩体三维节理网络模拟来分析岩体渗流和力学性质提供准确数据支持。本发明专利技术对岩体三维网络模型的建立提供更加准确地数据支持，降低传统仅考虑地表数据进行模拟带来的误差。

A Statistical Method for Diameter and Density of Joints in Bored Rock Mass

【技术实现步骤摘要】
一种钻孔岩体节理直径和密度统计方法
本专利技术属于地质测绘
，尤其涉及一种钻孔岩体节理直径和密度统计方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：节理作为岩体中发育最广的一种构造，其空间延伸范围和发育密度决定了岩体渗流和力学性质。目前，确定地表岩体节理大小(空间延伸范围)通常是根据岩体暴露区域的节理迹长进行估算，但对钻孔岩体节理大小因可观察的节理迹长有限而无法估算。目前节理都被假设为圆盘模型，因此节理大小可以用圆盘直径来表示。确定地表岩体节理密度通常是根据岩体暴露区域的节理间距进行估算，但对钻孔岩体节理密度因无法直接观察到节理的地下分布形态而无法直接通过节理间距进行估算(主要由于调查统计误差)。综上所述，现有技术存在的问题是：目前节理都被假设为圆盘模型，因此节理大小可以用圆盘直径来表示。确定地表岩体节理密度通常是根据岩体暴露区域的节理间距进行估算，但对钻孔岩体节理密度因取样误差无法直接通过节理间距进行估算。解决上述技术问题的难度：如何通过数学误差算法确定节理在地下的分布形态。解决上述技术问题的意义：建立岩体三维节理网络模拟来分析岩体渗流和力学性质提供准确数据支持。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种钻孔岩体节理直径和密度统计方法。本专利技术是这样实现的，一种钻孔岩体节理直径和密度统计方法，所述钻孔岩体节理直径和密度统计方法计算钻孔岩体节理直径和密度统计；通过钻孔岩心调查的节理产状、间距、隙宽和粗糙度几何参数，利用概率统计学理论，估算钻孔节理直径和密度。进一步，节理直径计算方法包括：(1)节理为薄圆盘状，节理在研究区内出现的概率相同，节理平均迹长即为圆的平均弦长；式中：D为节理直径；l为节理平均迹长；(2)根据随机变量函数的分布定理求节理直径的分布；设节理直径d服从密度函数为fd(d)分布，则有：式中：d为节理直径；μ为节理迹长期望的倒数，得到节理平均直径D为：(3)针对钻孔而言，节理迹长无法直接测量，节理迹长l和隙宽E符合幂律分布时的相关关系，二者具体关系为：E＝4.261×10-5el/15-4.314×10-5；同时节理隙宽随深度的变化关系式：E＝E0-mz/(n+z)；式中：z为钻孔深度；m和n为与岩石有关的常数，分别为200和20；E0取值地面测量节理隙宽。(4)得出节理直径与钻孔深度的关系：进一步，节理密度计算方法包括：(1)针对大间距和小裂纹未测量以及节理产状与钻孔夹角对均质区内节理数量的影响，进行节理统计数量误差分析，得出校正后的节理总数量：N0＝N+N1+N2；式中：N0为校正后的节理数量；N为实际节理数量；N1为大间距和小裂纹未测量的节理数量；N2为节理产状与钻孔夹角引起测量误差的节理数量；(2)大间距和小裂纹未测量引起节理数量为：式中：l0＝C/cosβ，C为钻孔直径，取0.8m；(3)得出节理产状与钻孔夹角引起测量误差的节理数量：N2＝N(TCF-1)；(4)得出校正后的节理总数量：N0＝N(e-μl0+TCF-1)；(5)得出节理线密度ρl为：ρl＝N(e-μl0+TCF-1)/(h·cosβ)；在获得钻孔节理线密度后，节理体密度和线密度关系的计算公式结合得出：ρv＝4ρl/(πμD2)＝4N(e-μl0+TCF-1)/(πμD2·hcosβ)；式中：ρv为体密度；μD为节理平均直径；μ为调查的节理间距倒数；TCF为修正系数；h为钻孔深度差；β为节理优势产状的平均倾角。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：目前对节理直径的统计都是以地表调查结果为准，并没有专门的地下节理直径调查方法。本专利技术目的通过钻孔岩心调查的节理产状、间距、隙宽和粗糙度等几何参数来估算钻孔节理直径和密度，从而为建立岩体三维节理网络模拟来分析岩体渗流和力学性质提供准确数据支持。附图说明图1是本专利技术实施例提供的钻孔岩体节理直径和密度统计方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的节理迹长与直径关系示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术对岩体三维网络模型的建立提供更加准确地数据支持，降低传统仅考虑地表数据进行模拟带来的误差。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的钻孔岩体节理直径和密度统计方法包括以下步骤：S101：计算钻孔岩体节理直径和密度统计；S102：通过钻孔岩心调查的节理产状、间距、隙宽和粗糙度等几何参数来估算钻孔节理直径和密度，为建立岩体三维节理网络模拟来分析岩体渗流和力学性质提供准确数据支持；对岩体三维网络模型的建立提供更加准确地数据支持。在本专利技术的优选实施例中，节理直径计算方法包括：假设：(1)节理为薄圆盘状，(2)节理在研究区内出现的概率相同。因此节理平均迹长即为圆的平均弦长(图2)，即式中：D为节理直径；l为节理平均迹长。根据随机变量函数的分布定理求节理直径的分布。设节理直径d服从密度函数为fd(d)分布，则有：式中：d为节理直径；μ为节理迹长期望的倒数。因此可以得到节理平均直径D为：针对钻孔而言，节理迹长无法直接测量。节理迹长l和隙宽E符合幂律分布时的相关关系，二者具体关系为：E＝4.261×10-5el/15-4.314×10-5(4)同时节理隙宽随深度的变化关系式：E＝E0-mz/(n+z)(5)式中：z为钻孔深度；m和n为与岩石有关的常数，分别为200和20；E0取值地面测量节理隙宽。因此根据式(3～5)可以得出节理直径与钻孔深度的关系：在本专利技术的优选实施例中，节理密度计算方法包括：在建立节理三维网络模型时需要节理体密度，本专利技术推导出节理线密度和体密度之间的关系。针对大间距和小裂纹未测量以及节理产状与钻孔夹角对均质区内节理数量的影响，进行节理统计数量误差分析，得出校正后的节理总数量：N0＝N+N1+N2(7)式中：N0为校正后的节理数量；N为实际节理数量；N1为大间距和小裂纹未测量的节理数量；N2为节理产状与钻孔夹角引起测量误差的节理数量。大间距和小裂纹未测量引起节理数量为：式中：l0＝C/cosβ，C为钻孔直径，取0.8m。由于节理产状与钻孔之间夹角引起的取样误差，Terzaghi给出了修正系数公式,从而得出节理产状与钻孔夹角引起测量误差的节理数量：N2＝N(TCF-1)(9)将式(7)、(8)和(9)结合得出校正后的节理总数量：N0＝N(e-μl0+TCF-1)(10)得出节理线密度ρl为：ρl＝N(e-μl0+TCF-1)/(h·cosβ)(11)在获得钻孔节理线密度后，张有天[29]给出了节理体密度和线密度关系的计算公式并结合公式(11)得出：ρv＝4ρl/(πμD2)＝4N(e-μl0+TCF-1)/(πμD2·hcosβ)(12)式中：ρv为体密度；μD为节理平均直径；μ为调查的节理间距倒数；TCF为修正系数；h为钻孔深度差；β为节理优势产状的平均倾角。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻孔岩体节理直径和密度统计方法，其特征在于，所述钻孔岩体节理直径和密度统计方法计算钻孔岩体节理直径和密度统计；通过钻孔岩心调查的节理产状、间距、隙宽和粗糙度几何参数估算钻孔节理直径和密度。

【技术特征摘要】
1.一种钻孔岩体节理直径和密度统计方法，其特征在于，所述钻孔岩体节理直径和密度统计方法计算钻孔岩体节理直径和密度统计；通过钻孔岩心调查的节理产状、间距、隙宽和粗糙度几何参数估算钻孔节理直径和密度。2.如权利要求1所述的钻孔岩体节理直径和密度统计方法，其特征在于，节理直径计算方法包括：(1)节理为薄圆盘状，节理在研究区内出现的概率相同，节理平均迹长即为圆的平均弦长；式中：D为节理直径；l为节理平均迹长；(2)根据随机变量函数的分布定理求节理直径的分布；设节理直径d服从密度函数为fd(d)分布，则有：式中：d为节理直径；μ为节理迹长期望的倒数，得到节理平均直径D为：(3)针对钻孔而言，节理迹长无法直接测量，节理迹长l和隙宽E符合幂律分布时的相关关系，二者具体关系为：E＝4.261×10-5el/15-4.314×10-5；同时节理隙宽随深度的变化关系式：E＝E0-mz/(n+z)；式中：z为钻孔深度；m和n为与岩石有关的常数，分别为200和20；E0取值地面测量节理隙宽；(4)得出节理直径与钻孔深度的关系：3.如权利要求1所述的钻孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏翔，
申请(专利权)人：重庆工商大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50