专利摘要

一种地下工程岩体结构特征快速量测分析方法，包括以下步骤：步骤1、根据调查目的确定调查区域，并以断层等大型地质构造为边界将区域划分为若干子区域；步骤2、在调查区域内划分若干个测点，测点在调查区域内间隔布置；步骤3、根据测点范围内节理的产状特征，划分优势节理组，并根据每一优势节理组的走向产状特征，以测点的中心点为中心布设节理量测窗口；步骤4、基于节理量测窗口开展节理的倾向、倾角、平均节理间距和平均迹线长度的量测与分析；本发明克服了传统调查方法节理信息全样本量测与统计所带来的现场工作量大、现场需要量测指标多、统计分析工作滞后等缺点，可以实现地下空间岩体结构面的快速准确测量与分析。

权利要求

1.一种地下工程岩体结构特征快速量测分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定调查区域：根据调查目的确定调查区域，并以断层大型地质构造为边界将区域划分为若干子区域；

步骤2、划分测点：在子区域内划分若干个测点，测点为一矩形窗口且在调查区域内间隔布置；

步骤3、布设节理量测窗口：根据测点范围内节理的产状特征，划分优势节理组，并根据每一优势节理组的走向产状特征，以测点的中心点为中心布设节理量测窗口，节理量测窗口为一矩形窗口，窗口长3m，宽1m，窗口的长边平行于该优势节理组的走向方向；

步骤4、量测与分析岩体结构特征：基于节理量测窗口开展节理的倾向、倾角、平均节理间距和平均迹线长度的量测与分析；

所述步骤4具体包括以下步骤：

步骤4.1、识别与剔除随机节理：在节理量测窗口内，当节理的迹线长度小于30cm时，将该节理定义为随机节理，在进行岩体结构特征量测与统计时剔除所述随机节理；

步骤4.2、量测优势节理的倾向：

每组优势节理的倾向等于其所对应的节理量测窗口内所有节理倾向值的算术平均值；

计算过程如下式所示：

倾向值：

式中：—优势节理的平均倾向值；

β1—第1条节理的倾向值；

βk—第k条节理的倾向值；

k—节理量测窗口内的节理条数；

步骤4.3、量测优势节理的倾角：

每组优势节理的倾角等于其所对应的节理量测窗口内所有节理倾角的算术平均值；

计算过程如下式所示：

倾角：

式中： —优势节理的平均倾角；

α1—第1条节理的倾角；

αk—第k条节理的倾角；

k—节理量测窗口内的节理条数；

步骤4.4、量测平均节理间距：平行于节理量测窗口的短边方向构建三条取样测量线，取样测量线的长度均为1m，统计每条取样测量线上的节理条数，计算每条取样测量线上的节理间距值，计算三个取样测量线上节理间距值的算术平均值，作为每组优势节理的平均节理间距；

计算过程如下式所示:

式中：—取样测量线1方向上的平均节理间距，m；

n1—与取样测量线1相交的节理条数，条；

—取样测量线2方向上的平均节理间距，m；

n2—与取样测量线2相交的节理条数，条；

—取样测量线3方向上的平均节理间距，m；

n3—与取样测量线3相交的节理条数，条；

—该优势节理组的平均节理间距，m；

步骤4.5、量测平均迹线长度：将节理量测窗口内的节理分为：两端可见节理、一端可见节理和两端均不可见节理三类，分别统计不同类别对应的节理条数，根据以下公式计算得到每组优势节理的平均迹线长度；

式中：Lmean—每一优势节理组的平均迹线长度，m；

N0—两端均不可见节理的条数；

N1—一端可见节理的条数；

N2—两端可见节理的条数；

步骤4.6、重复以上步骤得到不同测点的优势节理组特征信息，基于差值算法，进一步得到整个调查区域范围内节理特征信息的等值线图，为岩体工程稳定性分析及岩体工程设计提供基础支撑。

2.如权利要求1所述的一种地下工程岩体结构特征快速量测分析方法，其特征在于，所述测点的高度为3m，测点的宽度为8-10m，两个测点之间的间距为8-10m。

说明书

技术领域

本发明涉及地质工程、岩土工程、采矿工程及井巷工程技术领域，具体涉及一种地下工程岩体结构特征快速量测分析方法。

背景技术

岩体是指含有层面、断层、节理、褶皱和其他构造特征的原位介质的总称。岩体之所以区别与其他工程材料就是因为它内部包含了各种类型的节理(岩体结构面)，使得其具有非均质和各向异性的工程性质。显然岩体结构对地下工程中岩体的稳定性具有决定性的影响。因此为了优化地下工程的稳定性，必须通过一定的手段对岩体结构进行量测分析，找出岩体结构的分布规律、发育密度、表面特征、连续性特征以及不同岩体结构之间的空间组合形式等。当前所采用的现场岩体结构量测方法主要有测线法和取样窗法两种，传统的测线法是指在地下空间(巷道、硐室)岩体暴露表面上沿走向方向布设一条测线，量测所有与该测线相交节理的几何分布特征。传统的取样窗法则是在测线法的基础上以测线为中心在其上下选定一定的范围形成矩形取样窗，量测该取样窗内节理的几何分布特征。但是传统的测线法和取样窗法对测线和取样窗的选择无相应的规定，一般是沿着巷道的轴线方向布置，同时目前的测量方法中采用全样本测量，这就造成了当前的量测手段具有工作量大、数据统计滞后且周期长、测量误差大等问题，严重影响了地下工程设计人员对岩体工程稳定性的分析与设计，增加了地下工程不可预知的危险。当前地下工程岩体结构特征量测技术的发展主要集中在非接触式测量手段的研发(激光扫描和立体摄影技术)，实现岩体结构信息的数字化获取，但对其量测方法尚无明显改进，也没有新的快速准确的量测方法提出。因此，目前迫切需要提出一种能够快速准确获取地下工程岩体结构特征的现场量测方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题,本发明提供一种地下工程岩体结构特征快速量测分析方法，技术方案如下：

一种地下工程岩体结构特征快速量测分析方法，包括以下步骤：

步骤1、确定调查区域：根据调查目的确定调查区域，并以断层等大型地质构造为边界将区域划分为若干子区域；

步骤2、划分测点：在调查区域内划分若干个测点，测点为一矩形区域且在调查区域内间隔布置；

步骤3、布设节理量测窗口：根据测点范围内节理的产状特征，划分优势节理组，并根据每一优势节理组的走向产状特征，以测点的中心点为中心布设节理量测窗口，节理量测窗口为一矩形窗口，窗口长3m，宽1m，窗口的长边平行于该优势节理组的走向方向；

步骤4、量测与分析岩体结构特征：基于节理量测窗口开展节理的倾向、倾角、平均节理间距和平均迹线长度的量测与分析。

所述步骤4具体包括以下步骤：

步骤4.1、识别与剔除随机节理：在节理量测窗口内，当节理的迹线长度小于30cm时，将该节理定义为随机节理，在进行岩体结构特征量测与统计时剔除所述随机节理；

步骤4.2、量测优势节理的倾向：

每组优势节理的倾向等于其所对应的节理量测窗口内所有节理倾向值的算术平均值；

计算过程如下式所示：

倾向值：

式中： —优势节理的平均倾向值；

β1—第1条节理的倾向值；

βk—第k条节理的倾向值；

k—节理量测窗口内的节理条数；

步骤4.3、量测优势节理的倾角：

每组优势节理的倾角等于其所对应的节理量测窗口内所有节理倾角的算术平均值；

计算过程如下式所示：

倾角：

式中： —优势节理的平均倾角；

α1—第1条节理的倾角；

αk—第k条节理的倾角；

k—节理量测窗口内的节理条数；

步骤4.4、量测平均节理间距：平行于节理量测窗口的短边方向构建三条取样测量线，取样测量线的长度均为1m，统计每条取样测量线上的节理条数，计算每条取样测量线上的节理间距值，计算三个取样测量线上节理间距值的算术平均值，作为每组优势节理的平均节理间距；

计算过程如下式所示：

式中： —取样测量线1方向上的平均节理间距，m；

n1—与取样测量线1相交的节理条数，条；

—取样测量线2方向上的平均节理间距，m；

n2—与取样测量线2相交的节理条数，条；

—取样测量线3方向上的平均节理间距，m；

n3—与取样测量线3相交的节理条数，条；

—该优势节理组的平均节理间距，m；

步骤4.5、量测平均迹线长度：将节理量测窗口内的节理分为：两端可见节理、一端可见节理和两端均不可见节理三类，分别统计不同类别对应的节理条数，根据以下公式计算得到每组优势节理的平均迹线长度；

式中：Lmean—每一优势节理组的平均迹线长度，m；

N0—两端均不可见节理的条数；

N1—一端可见节理的条数；

N2—两端可见节理的条数；

步骤4.6、重复以上步骤得到不同测点的优势节理组特征信息，基于差值算法，进一步得到整个调查区域范围内节理特征信息的等值线图，为岩体工程稳定性分析及岩体工程设计提供基础支撑。

优选的，所述测点的高度为3m，测点的宽度为8-10m，两个测点之间的间距为8-10m。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提出了一种地下工程岩体结构特征快速量测新方法，该方法建立了一种新型节理量测窗口布置形式，并在节理量测窗口内构建取样测量线。通过该方法，简化了现场岩体结构特征统计分析的工作量，将繁杂的现场量测工作简化为仅需测量每一节理量测窗口内的节理倾向、倾角信息以及相应的节理条数信息，克服了传统调查方法节理信息全样本量测与统计所带来的现场工作量大、数据统计分析工作滞后等缺点，可以实现地下空间岩体结构面的快速准确测量与分析。

2、本发明基于发明人大量现场节理量测及统计分析验证工作，给出了识别随机节理的标准，在本方法中有效剔除了由于大权重所带来的随机节理对统计数据的影响。同时本发明基于新型节理量测窗口，建立了优势节理组平均节理间距以及平均迹线长度的计算方法。解决了传统调查方法随机节理权重影响大，调查结果可靠度差的问题。新方法在降低现场节理量测工作量的基础上，极大地提高了节理特征调查结果的准确度。从而保证了优势节理分析数据对现场工程指导的准确性和及时性。

3、本发明所提出的节理特征现场量测方法，仅需要简单的量测工具(地质罗盘)即可完成，实际操作工序简单，工作效率高，实用性强，同时省去了后续的节理调查数据统计分析工作。

附图说明

图1是本发明调查区域测点划分示意图；

图2是本发明提出的节理量测窗口布设方法示意图；

图3是本发明节理量测窗口内岩体节理出露形式分类示意图。

具体实施方式

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图1至图3所示，本发明提供了一种地下工程岩体结构特征快速量测分析方法，包括以下步骤：

步骤1、确定调查区域：根据调查的目的确定调查区域。识别调查区域内断层等大型地质结构的几何分布特征，并以该类大型岩体结构为边界，将该调查区域划分为若干个子区域。

步骤2、划分测点：调查区域确定后需要在每一个子区域内划分测点。测点为一矩形窗口，窗口中心距巷道底板至少1.5m高，用喷漆标注窗口中心点。如图1所示，测点高度为3m，测点长度一般为8-10m。测点沿走向方向间隔布置，两个测点的间隔为8-10m。当调查区域内岩体暴露面的走向长度小于20m时，仅在其中央位置布设一个测点即可。

步骤3、布设节理量测窗口：如图2所示，在测点范围内进一步布设节理量测窗口。根据测点范围内岩体节理的走向产状特征(主要考虑结构面的走向特征)，通过宏观判别的方式，将其划分为不同的优势节理组。以测点中心点为中心，沿每一优势节理组的走向方向建立节理量测窗口。该窗口为一矩形窗口，矩形窗口长3m，宽1m，其长边平行于该组优势节理的走向方向。

步骤4、量测与分析岩体结构特征：基于节理量测窗口开展节理的倾向、倾角、平均节理间距和平均迹线长度的量测与分析。

所述步骤4具体包括以下步骤：

步骤4.1、识别与剔除随机节理：在节理量测窗口内，当节理的迹线长度小于30cm时，将该节理定义为随机节理，在进行岩体结构特征量测与统计时剔除所述随机节理；

步骤4.2、量测优势节理的倾向：

根据节理量测窗口的定义，每一个节理量测窗口即代表一组优势节理，该组优势节理的倾向等于其所对应的节理量测窗口内所有节理倾向值的算术平均值；

计算过程如下式所示：

倾向值：

式中： —优势节理的平均倾向值；

β1—第1条节理的倾向值；

βk—第k条节理的倾向值；

k—节理量测窗口内的节理条数；

步骤4.3、量测优势节理的倾角：

每组优势节理的倾角等于其所对应的节理量测窗口内所有节理倾角的算术平均值；

计算过程如下式所示：

倾角：

式中： —优势节理的平均倾角；

α1—第1条节理的倾角；

αk—第k条节理的倾角；

k—节理量测窗口内的节理条数；

需要注意的是，在节理量测窗口内，当某一节理的倾向与计算得到的优势节理倾向间夹角大于30°时，或某一节理倾角与计算得到的优势节理倾角间夹角大于15°时，则认为该节理不属于该优势节理组，应删除该节理的倾向、倾角信息，进行重新计算。

步骤4.4、量测平均节理间距：节理间距是评价岩体被节理切割程度的重要指标。本方法中所建立的节理量测窗口的长边沿优势节理组走向方向，短边垂直优势节理组走向方向，且短边长度均为1m。平行节理量测窗口短边方向建立三条取样测量线，三条取样测量线分别位于窗口的中央和两侧。统计时，分别计量与每一条取样测量线相交的节理条数，并根据下式计算其对应的节理间距。取三条取样测量线上节理间距的算术平均值作为该优势节理组的平均节理间距。

计算过程如下式所示：

式中： —取样测量线1方向上的平均节理间距，m；

n1—与取样测量线1相交的节理条数，条；

—取样测量线2方向上的平均节理间距，m；

n2—与取样测量线2相交的节理条数，条；

—取样测量线3方向上的平均节理间距，m；

n3—与取样测量线3相交的节理条数，条；

—该优势节理组的平均节理间距，m；

步骤4.5、量测平均迹线长度：根据节理在岩体暴露面上的出露形式以及其与节理量测窗口之间的关系，可将节理量测窗口内的岩体节理分为三大类，分别为两端可见节理、一端可见节理和两端均不可见节理，如图3所示。分别统计节理量测窗口内三类节理的数量，根据下式计算得到对应优势节理组的平均迹线长度。

式中：Lmean—每一优势节理组的平均迹线长度，m；

N0—两端均不可见节理的条数；

N1—一端可见节理的条数；

N2—两端可见节理的条数；

步骤4.6、重复步骤3和步骤4，完成调查区域内每一个测点的岩体结构特征信息统计，根据所得到的节理特征信息，采用插值方法即可建立整个调查区域内节理特征信息的等值线图，完成地下空间岩体结构特征的调查，为进一步的岩体工程稳定性分析以及地下岩体工程设计提供基础数据。

为了使本领域技术人员可以更好的理解本发明，本发明给出如下实施例：

某地下黄金矿山，根据工程设计需要，对该矿八中段13#联络巷道开展岩体结构特征调查。13#联络巷长度100m，巷道高3.3m，宽3.6m，巷道断面为三心拱，拱高为1/4墙高。沿巷道轴线方向布置12个测点，每个测点高3m，宽8m，两个测点之间的间距为8m，测点中心距离巷道底板高1.5m。根据测点内的节理几何分布特征，划分优势节理组，为每组优势节理建立节理量测窗口。节理量测窗口长3m，宽1m，窗口长边方向与优势节理面的走向方向平行。根据测点1范围内的岩体节理几何分布特征划分三组优势节理即M1、M2和M3，并依据每组优势节理的特征，分别建立对应的节理量测窗口C1、C2和C3。为减少重复描述，本实施例中仅对C1节理量测窗口内的节理特性统计过程进行描述。

量测与分析岩体结构特征的具体步骤如下：

1、识别窗口C1内的随机节理，并将随机节理从节理取样集中剔除。

2、量测窗口C1内每条节理的倾向、倾角信息，计算该窗口内所有节理倾向、倾角的算术平均值，并将该值作为M1组优势节理组的倾向和倾角值。分析统计结果，当某一节理的倾向值与计算得到的优势节理组倾向平均值间夹角大于30°，或某一节理的倾角值与计算得到的优势节理组倾角平均值间的夹角大于15°时，则认为该节理不属于该优势节理组，在计算过程中剔除该节理的倾向倾角信息，重新计算剩余节理样本的平均倾向和倾角。统计结果如表1所示。

表1窗口C1内各结构面产状信息统计表

由此可以得到窗口C1对应的M1优势节理组的倾向为276.2°，倾角为49.3°。

3、在窗口C1内平行窗口短边方向布置三条取样测量线L1、L2和L3，分别位于窗口中央和两侧，统计与每条取样测量线相交的节理条数，分别为4条、6条和5条，根据上述公式计算三条取样测量线所对应的节理间距值为0.25m、0.17m和0.2m，计算以上三个节理间距值的算术平均值，可得M1优势节理组的平均节理间距为0.21m。

4、根据节理量测窗口内节理的分类标准，对窗口C1内的节理进行分类，得到两端可见节理条数为4条，一端可见节理条数为2条，两端均不可见节理条数为1条。根据上述公式计算得到M1优势节理组的平均迹线长度为1.28m。

重复以上步骤即可得到M2和M3优势节理组的特征信息。以及13#联络巷道其余测点的节理特征信息。将测点1的节理特征信息列于表2。

表2测点1优势节理组产状信息表

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

一种地下工程岩体结构特征快速量测分析方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。