【技术实现步骤摘要】
基于摄影测量、BQ、RQDt各向异性的Mathews稳定图法的改进方法
本专利技术涉及一种基于摄影测量、BQ、RQDt各向异性的Mathews稳定图法的改进方法,特别的是本专利技术基于摄影测量、模糊等价分析、BQ指标、裂隙网络模型和广义RQD理论,反演计算出RQDt最佳阈值t的范围和最佳阈值t值,给出了RQDt各向异性的求解方法,并基于RQDt的各向异性,提供了一种基于摄影测量、BQ、RQDt各向异性的Mathews稳定图法的改进方法,属于Mathews稳定图法的方法改进领域。
技术介绍
Mathews稳定图法是矿房围岩稳定性分析方法的一种,是在1980年由Mathews等人通过分析大量的工程实例,提出的基于Q系统的稳定图法。Mathews稳定图法在评价过程中主要考虑采场特征、地质条件、节理产状等条件,通过计算岩体稳定数N和水力半径R,并将这两个因子绘制在划分为预测稳定区、潜在不稳定区和崩落区的图上。在Mathews稳定图法的改进方面,1995年Stewart和Forsyth通过收集不同采矿深度的数据,验证和修正了稳定图法,将其划分为四个分区。1998年Potvin基于数据实例对稳定图法做了改进,在图中增加了节理方位修正系数和重力调整系数。2000年Pakalnis等在RMR的基础上总结出了临界跨度图表法。Trueman等采用对数回归的方法,对稳定区和严重破坏区进行了重新定义。2004年Mawdeskey通过对405个实例进行逻辑回归分析,给出了稳定区、破坏与严重破坏区的等概率图。但是岩体中存 ...
【技术保护点】
1.一种基于摄影测量、BQ、RQD
【技术特征摘要】
1.一种基于摄影测量、BQ、RQDt各向异性的Mathews稳定图法的改进方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)结构面数字摄影测量快速获取,过程如下:
1.1:根据观测区域岩体范围与空间位置,选取表面节理发育较好且无障碍物的岩体作为摄影测量区域,将标杆垂直的立于测量区域一侧,用于标定最后生成的三维图像上任意两点间的距离;
1.2:在岩体表面选取一块露头的、区域比较大、比较平滑的结构面作为标定点,用罗盘测量出倾向及倾角,并做标记,用于后处理时图像的方位真实化;
1.3:使用高分辨率相机,在选定区域正前方左、右位置,对岩体依次拍照,两次拍摄时,镜头离所测岩体的距离D及两次成像位置之间的距离B满足关系B=D/8~D/5;
1.4:测点数据采集完成后,取回标杆,返回室内作进一步后处理操作;
1.5:将野外摄影测量所获取的左、右视图导入到软件分析系统,采用基准标定、像素点匹配、图像变形偏正纠正对左、右视图中的像素点进行匹配,合成岩体表面三维实体模型;
1.6:根据标杆尺寸以及罗盘量出的标定点产状,进行三维实体模型方位、尺寸和距离的真实化;
1.7:基于真实化的实体模型,识别定位出每条结构面,并导出结构面数据信息;
(2)结构面模糊等价聚类分析;
(3)基于BQ指标的岩体质量计算,过程如下:
3.1:根据结构面参数计算岩体完整性系数,公式如下:
式中:Jv为岩体体积节理数,单位条/m3;
3.2:Jv计算公式如下:
式中:L1,L2,...,Ln为垂直于结构面测线长度;N1,N2,...,Nn为同组结构面数目;
3.3:根据岩石单轴抗压强度值和岩体完整性系数值,计算BQ值:
BQ=90+3Rc+250Kv
式中:Rc是岩石单轴抗压强度;Kv为岩体完整性系数;
3.4:在应用BQ计算公式过程中,遵循以下条件:
当Rc>90Kv+30时,以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值;
当Kv>0.04Rc+0.4时,以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值;
3.5:根据地下水、软弱结构面产状和天然应力影响对BQ进行修正,修正公式如下:
[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)
式中:K1为地下水影响修正系数;K2为软件结构面产状影响修正系数;K3为天然应力影响修正系数;
3.6:得到修正后的BQ岩体分级结果;
(4)岩体三维裂隙网络模型生成和剖切;
(5)RQDt各向异性图绘制;
(6)基于BQ反演的最佳阈值t求解方法;
(7)RQDt各向异性求解方法;
(8)Mathews稳定图法的改进方法。
2.如权利要求1所述的基于摄影测量、BQ、RQDt各向异性的Mathews稳定图法的改进方法,其特征在于,所述步骤(8)中,Mathews稳定图法的改进方法的过程如下:
8.1:Mathews稳定图法的设计过程,过程如下:
8.1.1:Mathews稳定图方法的设计过程是以两个因子-稳定数N和水力半径R的计算为基础,然后将这两个因子绘制在划分为预测稳定区、潜在不稳定区和崩落区的图上,稳定数N代表岩体在给定应力条件下维持稳定的能力,水力半径R反映了采空区尺寸和形状,Mathews稳定图法计算公式为:
N=Q′ABC
式中:X、Y为矿房上下盘围岩宽度和长度;Q′为根据勘测图或钻孔岩芯记录计算出的结果;A为岩石应力系数;B为节理产状调整系数;C为重力调整系数;
8.1.2:岩石应力系数A由完整岩石单轴抗压强度与采场中线采矿产生的地应力的比值确定,公式如下:
当
当
当
8.1.3:节理产状调整系数B的值是通过采场面倾角与主要节理组的倾角之差来度量;
8.1.4:重力调整系数C反映了在重力的影响下采场面产状对采场矿岩稳定性的影响,其大小取决于采场顶板暴露表面的崩落、滑落以及边帮的滑落等,重力调整系数C和采场表面倾角α的关系由下式确定:
C=8-7cosα
8.2:Mathews稳定图法的改进方法,过程如下:
8.2.1:在求解Q‘值时,用RQDt值替代钻孔岩芯记录的RQD值,并将RQDt的各向异性特征纳入考虑范畴,根据RQDt各向异性求解公式,得到考虑RQDt各向异性特征的Q′值,公式如下:
式中:RQDtθ为角度θ下的RQDt值;RQDtmin为阈值t下的RQD最小值;为RQDt的均值;a,b为相关拟合系数;Jn为节理组数;Jr为节理粗糙度系数;Ja为节理蚀变系数;Jw为节理水折减系数;SRF为应力折减系数;
8.2.2:结合等概率轮廓图对Mathews稳定图进行重新绘制,稳定区-破坏边界的曲线公式如下:
logN=1.8206logR+1.618
破坏-崩落边界的曲线公式如下:
logN=1.8076logR-3
8.2.3:改进后Mathews稳定性图分为三个区域:稳定区、破坏或主要破坏区和崩落区,处在稳定-破坏边界线上的工程,采场57%概率稳定,43%概率破坏,0%概率崩落;处在崩落-破坏边界线上的工程,采场0%概率稳定,5%概率破坏,95%概率崩落;处在稳定区的工程是稳定的;处于破坏或主要破坏区的工程,57%~0%的概率稳定,43%~5%的概率破坏,0%~95%的概率崩落;处在崩落区的工程,将持续发生崩落。
3.如权利要求1所述的基于摄影测量、BQ、RQDt各向异性的Mathews稳定图法的改进方法,其特征在于,所述步骤(7)中,RQDt各向异性求解方法的过程如下:
7.1:基于最佳阈值t和剖切的三个二维裂隙网络模型,求解出最佳阈值t下的RQDt值,每个裂隙网络模型求解出36个RQDt值;
7.2:计算出每个裂隙网络模型上RQDt的最大值RQDtmax、最小值RQDtmin和均值
7.3:根据研究方向和RQDtmin方向位置关系,结合方差进行修正,提出各向异性条件下RQDt的计算公式如下:
式中:为RQDt的均值,RQD′t为RQDt的修正系数;
7.4:修正系数RQD′t的求解考虑研究方向在某一具体方位角下的RQDtθ值和方差D,按如下方法修正,当RQDtθ=RQDtmin时,RQD′t=-D,D为方差;当RQDtθ=RQDtmax时,RQD′t=D;当时,RQD′t=0;
7.5:根据修正系数RQD′t的求解过程,提出RQD′t修正公式如下:
式中:RQDtθ为θ角下的RQDt值,RQDtmin为阈值t下的RQDt最小值,a,b为相关系数;
7.6:提出RQDt各向异性计算公式如下:
7.7:相关系数a和b的求解,过程如下:
7.7.1:计算出每个裂隙网络模型上RQDt的最大值RQDtmax、最小值RQDtmin和均值
7.7.2:根据RQDtθ与RQDtmax、RQDtmin和以及方差的关系,求解出三组RQD′t值,并基于三组RQD′t值,绘制出散点图;
7.7.3:根据散点图做出拟合曲线,曲线截距即为a值,斜率即为b值,曲线方程即为RQD′t的修正公式;
7.8:将求解出的a、b值,带入到修正系数公式及RQDt各向异性计算公式中,得到与角度θ有关的RQDt各向异性公式;
7.9:根据RQDt各向异性公式,求解出任意角度的RQDt值。
4.如权利要求1所述的基于摄影测量、BQ、RQDt各向异性的Mathews稳定图法的改进方法,其特征在于,所述步骤(6)中,基于BQ反演的最佳阈值t求解方法的过程如下:
6.1:基于BQ指标反演RQDt范围,过程如下:
结合BQ分级计算出的岩体质量级别,查找《岩石质量指标》表,确定出该岩体级别下,RQDt范围值;
6.2:最佳阈值t求解方法,过程如下:
6.2.1:在三维裂隙网络模型上,过中心点O,以任意角度剖切三个剖面,得到三个二维裂隙网络模型,导出二维裂隙网络模型及数据;
6.2.2:针对每一个二维裂隙网络模型,设置不同的阈值t,求解出不同阈值t下的RQDt值;
6.2.3:导出不同阈值t下...
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