一种改进列联表法的岩体均质区划分方法技术

本发明专利技术提供一种改进列联表法的岩体均质区划分方法，包括：分别记录的两个区域的节理的产状和迹长；在施密特图上增加迹长坐标轴，施密特图和迹长坐标轴构成胞元；分别提取两个区域的节理的产状和迹长数据在所述新坐标系下投影，以两个所述投影图为基础建立列联表并得到卡方检验的卡方值；确定卡方检验的显著性水平和自由度；根据卡方检验对两个区域的节理进行均质区划分。本方法对列联表法进行了改进，增加了一个显示节理迹线长度信息的坐标轴，使在均质区划分过程中可以同时检测到产状和迹长的变化。本发明专利技术提供了显著性水平的确定方法，而不是选择一个特定的显著性水平来比较两个区域，对于均质区的划分结果更据有说服力。

【技术实现步骤摘要】
一种改进列联表法的岩体均质区划分方法
本专利技术涉及岩体均质区划分
，具体而言是一种改进列联表法的岩体均质区划分方法。
技术介绍
节理通常由多期的地质构造运动形成，每一期地质运动都有其独特的地质特征，从而产生了非常复杂的节理几何参数(如产状和迹线长度等)。节理对岩体的力学和水力学特性具有强烈影响，即使同一地区，不同工程部位岩体的性质仍可能不同。不同的岩体，在几何性质相似的情况下，可以划分为同一均质区。同一均质区内的岩体，可以采用相同的离散节理网络模型或相同的设计方案对其进行分析或加固，从而节约大量的人力与财力。因此，在对岩体进行力学和水力特性研究之前，岩体均质区划分是至关重要的。均质区划分的实质是数据结构相似性分析，一般分为两个步骤。首先，构造一个逻辑架构来显示节理的数据结构，然后在同一逻辑架构内对来自不同岩体的节理数据进行相似性检验。对于现有的构造逻辑架构方法，第一类是构造单因素逻辑架构，如论文“Astatisticalmethodtoevaluatehomogeneityofstructuralpopulations”(一种用来评价岩体均质区的统计方法)，MillerSM，中提到的Miller(米勒)列联表法，这种方法只考虑节理产状，将半球面预先划分成一定数量更小的单元，在其上以极点或单位向量的形式显示产状，此方法应用广泛，为均质区划分和节理模型的相关研究提供了定量参考。但除产状外节理包含许多其它重要属性，只考虑节理的产状对其进行分组，准确率将不高于50％。第二类是构造多因素逻辑架构，分形和多维向量方法是其中常用的方法。分形架构中着重考虑了节理的密度以及迹长等因素的影响，将节理的每个属性转换为特征向量的一个分量。但是，现有的多因素判别方法只是独立考虑了节理的多个属性，而没有考虑不同属性之间的耦合关系，独立的考虑各个属性会降低均质区划分的准确性。
技术实现思路
根据上述技术问题，而提供一种改进列联表法的岩体均质区划分方法，
技术实现思路
如下：一种改进列联表法的岩体均质区划分方法，包括：分别记录的两个区域的节理的产状、迹长数据，所述产状包括倾向和倾角；改进施密特图建立新坐标系：所述施密特图为半球面在水平面的投影，投影包括中心圆和以所述中心圆为圆心的多个圆环；多个所述圆环和所述中心圆以半径由小至大的方式代表多个倾角带；每个倾角带内代表节理的倾角范围；每个所述倾角带内均等划分为多个倾向块；每个所述倾向块代表节理的倾向范围；在施密特图上增加轴向垂直于所述施密特图的迹长坐标轴，且迹长坐标轴用于显示迹长；所述迹长坐标轴按照迹长划分为n个迹长范围区间；预先将节理的最大迹线长度设为单位长度显示在迹长坐标轴上，再将此单位长度通过n值划分为n个区间，将每个节理的迹线长度以百分比的形式显示在迹长坐标轴上，百分比是由每个节理的迹长除以最大迹长计算得到的，不同迹线长度的节理根据百分比的大小落入不同的区间当中。n根据岩体的特定情况进行调整，n值与接受均质区划分的区域范围呈正相关。所述倾向块、所述倾角带和所述迹长范围区间的交集构成胞元；进一步地，分为三个倾角带，内圈的倾角带的倾角大于等于0度，小于28.1度；中间环的倾角带的倾角大于等于28.1度，小于59度；外圈环的倾角带的倾角大于等于59度，小于等于90度；所述内圈的倾角带按照顺时针等分为四个倾向块；所述中间换的倾角带按照顺时针等分为12个倾向块；所述外圈的倾角带按照顺时针等分为18个倾向块。共34个倾向块，胞元数为34n。分别提取两个区域的节理的产状和迹长数据在所述新坐标系下投影得到投影图：相同倾角范围、相同倾向范围、相同迹长范围区间的节理位于其所对应的胞元内；以两个所述投影图为基础建立列联表：以所述胞元为列、所述投影图数为行建立列联表，所述胞元中的数值为所述胞元中节理的投影频数；并根据所述列联表得到卡方检验的卡方值；列联表见表1：表1进一步地，所述卡方值χ2为：式中：i为所述投影图，j为胞元，c为胞元总数，f为投影胞元中节理的观测频数；e为胞元中节理的期望频数，e＝(RiCj)/N，其中R为所述区域中的所有投影胞元中节理的总观测频数，C为两个所述投影图中同一胞元中的节理的总观测频数。确定卡方检验的显著性水平和自由度；进一步地，在利用χ2检验(卡方检验)进行均质区划分前，需要确定χ2检验的显著性水平，显著性水平是接受零假设的信心的衡量。用计算出的χ2值来作为均质区划分依据的显著性水平，而不是选择一个特定的显著性水平来比较两个区域，对于均质区的划分结果更据有说服力。显著性水平的确定与n值有关，通过试验得出n值总体上服从负指数分布，根据试验拟合得到显著性水平的计算公式为：所述卡方检验的显著性水平的计算公式为：f(n)＝ae-a(n+b)+d式中，系数a＝0.8078，b＝2.4926，d＝0.0000055。进一步地，所述自由度为kn-1，其中k为所述倾向快的数量与两个所述投影图在同一纵列中胞元均为空的纵列数的差值。即对于两个投影图，如果表示相同产状范围的对应胞元都是空的，即新坐标系中同一纵列的胞元都为空，则在判定两个区域是否为均质区时，这些胞元将被忽略，只对非空胞元进行局部比较。根据卡方检验对两个区域的节理进行均质区划分。进一步地，使用χ2检验的p值法进行均质区的判定，假设检验问题的p值是由检验统计量的样本观察值得出的原假设可被拒绝的最小显著性水平。由列联表计算得到的χ2值、自由度，根据χ2分布得到用于比较的p值。显著性水平与p值进行比较，若显著性水平大于或等于p值，表示观察值落在拒绝域内，拒绝H0，不能将两区域划分为同一均质区；若显著性水平小于p值，表示观察值不落在拒绝域内，接受H0，将两区域划分为同一均质区。从而可判定两个区域是否为均质区，如果岩体的两个区域可以划分成一个均质区，则表示新坐标系中的点的分布应该一致。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本方法对Miller列联表法进行了改进，在它的基础上增加了一个显示节理迹线长度信息的坐标轴，使在均质区划分过程中可以同时检测到产状和迹长的变化。现有单因素逻辑架构只考虑单一节理属性进行划分；多因素逻辑架构只是独立考虑节理的多个属性，无法考虑不同属性之间的耦合，在均质区划分中都存在一定的缺陷。本专利技术可以考虑节理不同属性之间耦合关系，它对节理参数的微小变化更为敏感，易于在工程中应用且具有较高精度。本专利技术提供了显著性水平的确定方法，根据试验拟合出了求显著性水平的计算公式。用计算出的χ2值来作为均质区划分依据的显著性水平，而不是选择一个特定的显著性水平来比较两个区域，对于均质区的划分结果更据有说服力。并且相应的提供了进行均质区划分时自由度的确定方法，并考虑了非空胞元的影响，只对非空胞元进行局部比较。基于上述理由本专利技术可在岩石均质区划分等领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进列联表法的岩体均质区划分方法，其特征在于，包括：/n分别记录的两个区域的节理的产状、迹长数据，所述产状包括倾向和倾角；/n改进施密特图建立新坐标系：所述施密特图为半球面在水平面的投影，投影包括中心圆和以所述中心圆为圆心的多个圆环；多个所述圆环和所述中心圆以半径由小至大的方式代表多个倾角带；每个倾角带内代表节理的倾角范围；每个所述倾角带内均等划分为多个倾向块；每个所述倾向块代表节理的倾向范围；在施密特图上增加纵向垂直于所述施密特图的迹长坐标轴，且迹长坐标轴用于显示迹长；所述迹长坐标轴按照迹长划分为n个迹长范围区间；所述倾向块、所述倾角带和所述迹长范围区间的交集构成胞元；/n分别提取两个区域的节理的产状和迹长数据在所述新坐标系下投影得到两个投影图：相同倾角范围、相同倾向范围、相同迹长范围区间的节理位于其所对应的胞元内；/n以两个所述投影图为基础建立列联表：以所述胞元为列、所述投影图数为行建立列联表，所述胞元中的数值为所述胞元中节理的投影频数；并根据所述列联表得到卡方检验的卡方值；/n确定卡方检验的显著性水平和自由度；/n根据卡方检验对两个区域的节理进行均质区划分。/n

【技术特征摘要】
1.一种改进列联表法的岩体均质区划分方法，其特征在于，包括：
分别记录的两个区域的节理的产状、迹长数据，所述产状包括倾向和倾角；
改进施密特图建立新坐标系：所述施密特图为半球面在水平面的投影，投影包括中心圆和以所述中心圆为圆心的多个圆环；多个所述圆环和所述中心圆以半径由小至大的方式代表多个倾角带；每个倾角带内代表节理的倾角范围；每个所述倾角带内均等划分为多个倾向块；每个所述倾向块代表节理的倾向范围；在施密特图上增加纵向垂直于所述施密特图的迹长坐标轴，且迹长坐标轴用于显示迹长；所述迹长坐标轴按照迹长划分为n个迹长范围区间；所述倾向块、所述倾角带和所述迹长范围区间的交集构成胞元；
分别提取两个区域的节理的产状和迹长数据在所述新坐标系下投影得到两个投影图：相同倾角范围、相同倾向范围、相同迹长范围区间的节理位于其所对应的胞元内；
以两个所述投影图为基础建立列联表：以所述胞元为列、所述投影图数为行建立列联表，所述胞元中的数值为所述胞元中节理的投影频数；并根据所述列联表得到卡方检验的卡方值；
确定卡方检验的显著性水平和自由度；
根据卡方检验对两个区域的节理进行均质区划分。


2.根据权利要求1所述的一种改进列联表法的岩体均质区划分方法，其特征在于，所述卡方值χ2为：



式中：i为所述投影图，j为胞元，c...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁新，李嘉琪，姜谙男，梁正召，张正虎，詹必雄，韩鞠，唐卫平，侯拉平，张霄汉，周立飞，刘林涛，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21