岩体节理参数的统计分析及应用

岩体节理体积频率的计算方法及工程应用节理体积频率是研究岩石中节理和裂隙分布特征的一个重要指标，它
可以反映构造背景的变化情况，并可以用来评价岩体的坚固性及抗压能力。

节理体积频率的计算方法主要包括以下几步：
（1）用三角测量、栅格测量或X射线扫描获得节理的三维体积数据；
（2）计算体积测定区域的长、宽和高；
（3）计算体积测定区域的体积；
（4）计算节理体积频率，即节理占测定区域体积的比例。

节理体积频率的应用主要体现在工程岩土工程、矿产资源调查、岩体
测量等多个领域中。

在工程岩土工程中，节理体积频率可以用来评价岩体
的坚固性及抗压能力；在矿产资源调查中，可以帮助矿产调查人员更准确
的把握岩体的裂隙空间分布情况；在岩体测量中，它可以帮助开采工程人
员更好的把握岩体的变形特性以及岩体的采空体积变化。

工程岩体分级标准GB50218－94主编部门：中华人民共和国水利部批准部门：中华人民共和国建设部施行日期：1995年7月1日关于发布国家标准《工程岩体分级标准》的通知建标[1994]673号根据国家计委计综[1986]450号文的要求，由水利部主编，会同有关部门共同制订的国家标准《工程岩体分级标准》，已经有关部门会审。

现批准《工程岩体分级标准》GB50218－94为强制性国家标准，自一九九五年七月一日起施行。

本标准由水利部负责管理，其具体解释等工作由水利部长江科学院负责，出版发行由建设部标准定额研究所负责组织。

中华人民共和国建设部一九九四年十一月五日1 总则1.0.1 为建立统一的评价工程岩体稳定性的分级方法；为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据，制定本标准。

1.0.2 本标准适用于各类型岩石工程的岩体分级。

1.0.3 工程岩体分级，应采用定性与定量相结合的方法，并分两步进行，先确定岩体基本质量，再结合具体工程的特点确定岩体级别。

1.0.4 工程岩体分级所必需的地质调查和岩石试验，除应符合本标准外，尚应符合有关现行国家标准的规定。

2 术语、符号2.1 术语2.1.1 岩石工程rock engineeting以岩体为工程建筑物地基或环境，并对岩体进行开挖或加固的工程，包括地下工程和地面工程。

2.1.2 工程岩体engineering rock mass岩石工程影响范围内的岩体，包括地下工程岩体、工业与民用建筑地基、大坝基岩、边坡岩体等。

2.1.3 岩体基本质量rock mass basic quality岩体所固有的、影响工程岩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度所决定。

2.1.4 结构面sructural plane(discontinuity)岩体内开裂的和易开裂的面，如层面、节理、断层、片理等，又称不连续面。

2.1.5 岩体完整性指数(Kv)（岩体速度指数）intactess index of rock mass(velocity index of rock mass)岩体弹性纵波速度与岩石弹性纵波速度之比的平方。

岩土体物理力学参数在边坡稳定性定量分析中，岩土体的物理力学参数往往直接控制着稳定系数和支护工程量。

常规的获取参数的方法主要有试验法、经验法、工程地质类比法、反演分析法等。

此外，当边坡稳定受成组结构面和岩桥共同控制时，仍常采用结构面连通率，即采用结构面和岩桥强度进行加权平均来求取潜在滑移面的综合抗剪强度。

以下对两种参数获取方法进行简单介绍。

1.试验法试验法一般可分为室内试验和现场试验两类。

现场试验试件尺寸一般较大，多为（50～70）cm×（50～70）cm，它能保持岩土体的原始状态，并能反映结构面二、三级起伏差对强度的影响，但加工困难，周期长，试验费用相对较高。

室内试验试件一般较小，多为扰动样，存在尺寸效应问题，但取样简单，可以开展各种不同工况下的试验，如三轴直剪试验、饱和固结快剪试验、饱和固结排水剪试验、慢剪试验等。

室内试验由于试验周期短，费用相对较低，可以大量开展。

目前，随着取样技术的发展，已具备取原状样的条件，且可在刚性伺服机上开展试验，能有效地确定有效正应力，控制剪切速度，试验成果较为真实可靠。

2.经验估算法可根据一些经验公式，如利用Hoek-Brown强度准则确定岩体的综合抗剪强度。

一般是在工程前期和缺乏试验的地区应用，该方法存在的问题是岩石强度权重偏大，应用在坚硬和极坚硬岩石中时，确定的抗剪强度常常偏高。

8.5.2 选择原则对于一些不重要或者工程前期缺乏试验资料的边坡，可通过经验法和工程地质类比法，初步确定岩土体的物理力学参数，以此估算边坡的稳定性和支护工程量。

对于一些已经失稳或正在变形的边坡，采用反演分析法来获取岩土体的物理力学参数是一种最有效的办法，但由于此时的抗剪强度已不是常规物理意义上的抗剪强度，而是岩土体抗剪强度参数、边界条件、地下水条件等因素的综合反映，因此，在应用时应严格注意条件的相似性。

同时，应考虑在工程有效期内工作条件的可能变化趋势对强度参数的影响，并适当进行调整。

节理发育特征与岩体稳定性的关联分析概述岩石中的节理是岩体中的裂隙或裂纹，对岩石的稳定性和力学性质有着重要影响。

本文将探讨节理发育特征与岩体稳定性之间的关联，以帮助理解和评估岩石的工程性质。

一、节理的发育特征1. 节理的形态节理的形态多种多样，可以是直线状、弯曲状、交叉状等。

形态的多样性与岩石物理性质、应力环境和变形历史有关。

2. 节理的密度和间距节理的密度和间距是评估岩石稳定性的重要指标。

密度越大、间距越小，岩体的稳定性越差。

3. 节理的走向和倾角节理的走向和倾角与应力场密切相关。

当应力场与节理面平行或垂直时，岩体的稳定性较好。

二、节理与岩体稳定性的关联1. 岩体强度与节理特征岩石中的节理是岩体的弱面，对岩体的强度起到了显著影响。

节理的密度和间距增加会导致岩体整体强度下降。

2. 应力分布与节理特征岩体的稳定性受到应力分布的影响。

当应力与节理面夹角较小时，岩体的稳定性较好；而当角度较大时，岩体易发生破裂和滑动。

3. 水文地质与节理特征地下水对岩体的稳定性也有重要影响。

当节理中存在着大量的水流时，水的渗透和膨胀会削弱岩体的强度，降低岩体的稳定性。

三、节理对岩体工程破坏的影响1. 岩体塌方岩体的节理对塌方有重要影响。

如果节理发育密度大、间距小，岩体易发生破坏和滑动，增加了工程建设的风险。

2. 岩体滑动节理对岩体滑动的影响也很明显。

当节理的走向与滑动方向相一致并形成倾斜面时，岩体易发生滑动，对工程建设构成威胁。

3. 塌方预测与防治通过分析节理的特征，可以较好地预测岩体的稳定性。

在工程建设中，可以采取相应的措施来防止岩体的塌方和滑动，确保工程的安全。

结论节理发育特征与岩体稳定性息息相关。

合理评估岩石中节理的发育特征，对安全地进行岩体工程建设具有重要意义。

通过对岩体的节理特征的分析和理解，可以为工程建设提供可靠的依据，并采取相应的措施来防止岩体的塌方和滑动，保障工程的顺利进行。

岩体力学参数确定的方法岩体力学参数的确定方法在岩石工程实践中，首先需要了解作为研究对象的工程岩体的力学性质，并确定其特征参数。

岩石力学参数的合理确定一直是岩石力学研究和发展的难点之一。

在应用工程力学领域，如果完整地使用经典理论力学的连续性假设和定义，就会存在理解上的问题。

必须考虑假设的合理使用范围和每个物理量的适用定义。

本文讨论了地下岩体工程中根据不同的重点确定岩体参数的方法。

1、确定岩体参数的传统方法地下巷道、硐室开挖后，围岩产生应力重分异作用,径向应力减少,切向应力增加,并且随着工程不断推进,岩体应力状态不断改变。

巷道、硐室围岩处于“三高一扰动”条件下,岩体表现的力学特性是破坏条件下的稳定失稳再平衡过程。

围岩体处于一种拉压相间出现的复杂应力状态。

该类工程岩体的力学参数的确定要进行岩体的卸荷试验研究,且要依据现场工程实际条件进行卸荷条件下的应力、渗流与温度三场耦合试验研究。

需要进行循环加卸载条件下的岩体力学特性研究,进而获得岩体的力学参数特征。

地下巷道和硐室工程岩体力学参数的确定方法如下：(1)三轴应力状态下的卸荷三场耦合力学试验,获得有关参数;(2)进行岩体流变特性试验研究,获得有关岩体的流变参数。

目前在该领域要进行大量的工作,包括设备仪器的研制等,同时还要利用新的计算机技术才会实现。

二．建立力学模型确定岩体力学参数建立工程岩体力学参数模型主要是解决复杂岩体力学参数的确定问题。

为了确定复杂岩体的力学参数，需要将工程岩体视为一个连续模型。

采用确定岩体力学参数的新方法，建立了层状斜节理岩体的力学模型，并进行了力学试验，确定了岩体的基本力学参数。

1．工程岩体力学参数模型目前，关于岩石的力学性质和划分基本上有两种观点：一种观点认为岩石本身是一种连续的非各向异性材料，另一种观点认为岩石是由多晶系统组成的，存在空洞和裂缝等缺陷，这使得岩石本身的结构表现出各向异性和不连续性。

岩体一般被视为不连续介质，但在一定条件下仍满足连续介质力学的基本假设。

山西建筑SHANXT ARCHITECTURE第47卷第11期• 66 •2 0 2 1 年 6 月VgU45 Ns. 31Jua. 2021-岩土工程-地基基础-DOI ：10.13719/j. okP 1009-6525.2021.11.025岩心体积节理数J J 计算方法王燕陆诗磊（常州市建筑科学研究院集团股份有限公司，江苏常州513415 ）摘要:岩体体积节理数J 与岩体完整性指数K v 具有良好的对应关系，是用于定性表征岩石完整程度的重要参数⑴。

目前，相应规范中对J 的计算方法已有了明确的定义。

但是这种计算方法仅适用于野外体积较大的岩体（测线大于5 m ）的J 的计算,却不适用于钻探取出的岩心的体积节理数J'的计算。

通过对岩体体积节理数J 计算公式的变换,并对岩心中的节理数进行了 钻遇率校正,最终得出了岩心体积节理数J'的计算方法。

关键词:岩心，岩体体积节理数，岩心体积节理数，岩体完整性指数,钻遇率中图分类号:TU455 文献标识码:A 1概述岩体中往往存在多组结构面，这些结构面又称节理，是反映岩石完整度的重要指标[1]o GB/T 50218—2014工程 岩体分级标准第4.3. 4 -4. 3.4规定岩体完整程度的定量指标，应采用岩体完整性指数K v ,应采用实测值。

当无条件取得实测值时，也可用岩体体积节理数J [2]。

岩体体积节理数J 、岩体完整性指数K 以及岩体完整程度的对应关系，如表1所示。

表1 J v 与Kv 及岩体完整程度的对应关系同时该规范第B. 2. 2条规定了岩体体积节理数可采用 间距法进行计算，其计算公式如式（1）所示。

J V 条• m-3<44〜55〜2220 〜34^34K v>0.970.97 〜0. 970.97 -0.34034 -0. 19s=0. 19完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎J f S o + S0，= 1,…，n⑴i = 1其中,Jv 为岩体体积节理数，条/m 3 ；为统计区域内结构面组数;S 为第i 组结构面沿法向每米长结构面的条数;S 为每立方米岩体非成组节理条数。

第23卷 第20期岩石力学与工程学报 23(20)：3444～34492004年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct .，20042003年5月30日收到初稿，2003年7月4日收到修改稿。

作者 朱焕春 简介：男，1963年生，博士，1985年毕业于河海大学水文地质与工程地质专业，现任武汉大学教授、ITASCA 高级岩石力学专家，主节理岩体数值计算方法及其应用(一)：方法与讨论朱焕春1，2 Brummer Richard 2 Andrieux Patrick 2(1武汉大学水利水电学院 武汉 430072) (2Itasca(加拿大)咨询公司 索德柏立 加拿大)摘要 叙述了工程岩体的典型破坏类型、发生条件和判断方法，简单介绍了针对节理岩体的数值计算方法发展过程、现状和特点，重点叙述了利用3DEC 基本功能生成三维随机节理网络和节理力学参数的随机赋值方法。

其中三维节理网络技术可以非常逼真地模拟现实条件下各种复杂形式的节理分布，甚至可以直接利用节理的地质编录资料在数值模型中生成确定位置上的确定性节理，在某种程度上一体化地实现了节理岩体的计算机模拟和数值计算，促进了不连续岩体、岩石计算方法在应用技术方面的发展。

最后讨论了不连续力学数值计算技术的工程应用，指出了合理运用数值计算方法解决工程问题的一般原则。

关键词 岩石力学，数值模拟，不连续体，离散元，随机，节理岩体分类号 TU 12 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)20-3444-06NUMERICAL METHODS AND APPLICATION FOR JOINTED ROCKMASS ，PART 1：APPROACHES AND DISCUSSIONSZhu Huanchun 1，2，Brummer Richard 2，Andrieux Patrick 2(1School of Water Resources and Hydropower Engineering ，Wuhan University ， Wuhan 430072 China )(2Itasca Consulting Canada ，Inc .，Sudbury ，ON P 3E 1G 1， Canada )Abstract This paper narrates the typical modes of rock mass failures in engineering activities ，the conditions under which such failures occur ，and the approaches to predict these failures. A brief description is presented of the evolution ，the current state ，and the feature of numerical modelling methods for jointed rock mass. Attention is paid to the technique of generating 3-dimensional joint net in rock mass and randomly simulating the properties of each individual joint on the basis of accessible functions in a 3DEC numerical model. Such technique enables 3DEC to build up a model that contains various joints corresponding to the realistic distributions of joints in rock mass and ，furthermore ，achieve a determinative description of joint distributions by transplanting joint mapping data into a 3DEC model. This ，in some degree ，fulfills the numerical modelling of geomechanical behaviours of jointed rock mass combined with the computerized simulations of its geometry. The essential principles are discussed of applying numerical modelling techniques for discontinuum into engineering projects. Key words rock mechanics ，numerical modelling ，discontinuum ，discrete element ，random ，jointed rock mass1 概 述数值计算已经被普遍应用于工程设计中解决各种岩石力学问题。