陳麗芹++陳承++高兆全++張亮
摘 要:采用測(cè)線法對(duì)白音諾爾鉛鋅礦南區(qū)950 m中段結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查,認(rèn)為結(jié)構(gòu)面主要類型為構(gòu)造結(jié)構(gòu)面、節(jié)理裂隙多處于閉合或微張狀態(tài),介紹如何用Dips軟件處理構(gòu)造地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)作出圖件,并結(jié)合鉛鋅礦調(diào)查所測(cè)數(shù)據(jù),利用該軟件對(duì)結(jié)構(gòu)面調(diào)查結(jié)果進(jìn)行赤平極射投影分析,最終得到該中段的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面。
關(guān)鍵詞:赤平極射投影 優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面 Dips軟件 節(jié)理裂隙
中圖分類號(hào):U417 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2014)10(a)-0108-04
Study on the Preferred Plane Via Hemispherical Projection
CHEN Liqin1 CHEN Cheng2 GAO Zhaoquan1 ZHANG Liang2
(1.Chifeng NFC Baiyinnuoer Mining Co., Ltd., Chifeng 024000 ,China;2. School of Resource and Environment Engineering,Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China)
Abstract:Scanline method is used respectively to conduct a detailed investigation around south of 950m section in Baiyinnuoer zinc-lead deposit.Concluding that structural surface is mainly tectonic structural surface. Joint fissure are mostly closed or a little opened. Meantimes introducing how to deal with the measurement data of structural geology and constructe the maps. Based on investigative data in Baiyinnuoer zinc-lead deposit, Analysis of structural plane survey results by using hemispherical projection method in order to get the final preferred plane.
Key words:Hemispherical projection Preferred plane Soft ware Dips Joint fissure
在工程地質(zhì)中,一般以巖體作為研究對(duì)象,巖塊和結(jié)構(gòu)面構(gòu)成巖體兩個(gè)重要部分,巖體中的結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體整體性質(zhì)產(chǎn)生重要影響,這也是巖體區(qū)別于巖塊最本質(zhì)的特征,巖體中的結(jié)構(gòu)面通常指各種厚度相對(duì)較小、具有一定方向的不連續(xù)地質(zhì)界面。結(jié)構(gòu)面的規(guī)模、性質(zhì)、分布以及產(chǎn)狀的不同決定了整個(gè)巖體的工程地質(zhì)特性。同時(shí)由于其強(qiáng)度較巖塊明顯減弱。巖體破壞總是沿相對(duì)較小阻力面發(fā)生,且結(jié)構(gòu)面間物質(zhì)軟弱松散、抗剪強(qiáng)度低,因此結(jié)構(gòu)面往往成為巖體破壞的主控因素。
結(jié)構(gòu)面性質(zhì)很大程度上影響了巖體穩(wěn)定性,如何評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體的影響程度,可以通過(guò)引進(jìn)優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面的概念試圖解決這一問題,通過(guò)優(yōu)勢(shì)指標(biāo)法可以找到真正的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面,優(yōu)勢(shì)指標(biāo)一般包括時(shí)間、產(chǎn)狀、數(shù)量、性質(zhì)四個(gè)因素,通常從地質(zhì)優(yōu)勢(shì)和統(tǒng)計(jì)優(yōu)勢(shì)兩個(gè)基本角度出發(fā)尋找真正的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面,本文僅從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度試圖找到最終的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面,即同一區(qū)間數(shù)量上占優(yōu)的平均產(chǎn)狀即優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。
內(nèi)蒙古白音諾爾鉛鋅礦經(jīng)過(guò)30多年的開采,井下遺留下大量采空區(qū),導(dǎo)致空區(qū)周邊巷道圍巖內(nèi)出現(xiàn)較多的節(jié)理裂隙等不連續(xù)面。且大小不一,形態(tài)各異。
研究如何對(duì)所測(cè)節(jié)理裂隙進(jìn)行分組并有效反映結(jié)構(gòu)面賦存對(duì)整體穩(wěn)定性影響程度具有重大意義。
該文以內(nèi)蒙古白音諾爾鉛鋅礦南區(qū)950 m中段為研究對(duì)象,對(duì)鉛鋅礦節(jié)理裂隙構(gòu)造特征進(jìn)行測(cè)量并統(tǒng)計(jì),簡(jiǎn)述如何用Dips軟件處理所得構(gòu)造地質(zhì)學(xué)數(shù)據(jù)并繪制傾角、傾向符號(hào)極點(diǎn)圖,玫瑰花圖以及等值線圖,通過(guò)比較分析上述圖件并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察情況最終得到該中段的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面。
1 應(yīng)用Dips軟件處理構(gòu)造地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)
Dips軟件可以用來(lái)分析處理地質(zhì)定位數(shù)據(jù),進(jìn)行赤平投影分析,在構(gòu)造地質(zhì)測(cè)量使用較多。通過(guò)繪制極點(diǎn)圖、玫瑰花圖、等值線圖等統(tǒng)計(jì)圖件來(lái)分析測(cè)量數(shù)據(jù),使用非常方便,但由于目前一般大都使用該軟件的漢化版本,而該版本漢化程度較低,因此應(yīng)用相對(duì)較少。關(guān)于Dips軟件相關(guān)基本功能主要包括以下幾個(gè)方面。
1.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入
從文件中選擇“新建”完成表格基本設(shè)置,基本設(shè)置顯示默認(rèn)的兩列數(shù)據(jù),類型分別為傾角、傾向,根據(jù)需要可以更改數(shù)據(jù)類型比如走向/傾角、傾向/傾伏角等組合,同時(shí)可以任意增加行或列,通過(guò)從原始數(shù)據(jù)excle文件中復(fù)制所需數(shù)據(jù),粘貼到Dips表格中,即可以完成導(dǎo)入工作。
1.2 視圖
根據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù),文件可以自動(dòng)形成各種圖件,包括下面幾種。
1.2.1 極點(diǎn)圖
在定位數(shù)據(jù)中,極點(diǎn)圖是最基本的表示方法,一條線或面(如線理或節(jié)理法線)投影到極點(diǎn)圖中,在圖中表現(xiàn)為統(tǒng)一的一個(gè)極點(diǎn)形式。另外,符號(hào)極點(diǎn)圖可以通過(guò)顏色、符號(hào)顯示數(shù)據(jù)屬性特征,另外,極點(diǎn)圖可以用來(lái)分析各種面理的空間組合關(guān)系。
1.2.2 散點(diǎn)圖
數(shù)據(jù)分布在直角坐標(biāo)系平面上,允許通過(guò)將挖一致的極點(diǎn)數(shù)繪制成符號(hào),從而可視化分析極點(diǎn)分布(密度)特征。如果需要可以添加“視圖”-“疊覆等值線”,從而更清楚地顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)分布特征。endprint
1.2.3 玫瑰圖
通過(guò)“視圖”-“玫瑰圖”或工具欄“玫瑰圖”實(shí)現(xiàn)。將三維構(gòu)造簡(jiǎn)化為二維展示,默認(rèn)的玫瑰圖每10 °一個(gè)統(tǒng)計(jì)單元,也可以點(diǎn)擊右鍵,“玫瑰圖選項(xiàng)”進(jìn)行必要改動(dòng)。繪制玫瑰花圖過(guò)程簡(jiǎn)單,能直觀清楚反映主要節(jié)理特征,在分析區(qū)域構(gòu)造是效果顯著。
1.2.4 等值線圖
通過(guò)“視圖”-“等值線圖”或“工具欄”-“等值線圖”來(lái)實(shí)現(xiàn),等值線圖是Dips用于平均分析或者極密分析的主要工具。表示極點(diǎn)統(tǒng)計(jì)密度,并不與極點(diǎn)圖或者散點(diǎn)圖的分布完全對(duì)應(yīng)。
該文主要結(jié)合調(diào)查測(cè)得數(shù)據(jù),繪制符號(hào)極點(diǎn)圖、玫瑰花圖和等值線圖,通過(guò)導(dǎo)出圖像,可以得到所需完整圖件。除此之外,Dips軟件還有添加面、添加系列、輸入文本等基本功能,在此不贅述。
1.3 主要結(jié)構(gòu)面分析功能
(1)繪制極點(diǎn)投影圖。極點(diǎn)代表空間平面的法線投影,可以使三維變?yōu)槎S,利于直觀分析,這點(diǎn)在優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面組分析中作用極大。
(2)以彩色填充和線狀的方式作極點(diǎn)密度等值線圖(Schmidt分布和Fisher分布)。
(3)選擇節(jié)理極密中心位置,繪出對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)赤平投影大圓,并計(jì)算出極密部位(相當(dāng)于優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面)的平均產(chǎn)狀,以文件形式存放。
(4)可選擇產(chǎn)狀定量數(shù)據(jù)和描述結(jié)構(gòu)面特征的定性數(shù)據(jù),分別繪制出頻率密度直方圖。圖件均可以形成DXF格式,并能方便地由AutoCAD繪圖軟件包調(diào)用。
(5)其他分析功能。該軟件包還有數(shù)據(jù)篩選和對(duì)符合條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)方位分析的功能。
2 工程實(shí)例
2.1 工程概況
白音諾爾鉛鋅目前采用淺孔留礦法和分段空?qǐng)龇?,?jīng)過(guò)30多年的開采,井下遺留大量采空區(qū),礦山現(xiàn)階段未經(jīng)處理的大采空區(qū)有南區(qū)1#礦體、2#礦體、3#礦體群等,其中直通地表的較小采空區(qū)面積在2000~3000 m2之間,另外一個(gè)空區(qū)面積在6000 m2左右,大型隱伏空區(qū)體積大約有60多萬(wàn) m3。遺留的大量采空區(qū)引起地壓產(chǎn)生,致使巖體受力平衡遭到破壞,由此產(chǎn)生的大大小小的裂隙對(duì)巖體穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為礦山現(xiàn)階段的生產(chǎn)以及后續(xù)的各項(xiàng)工作安全進(jìn)行,有必要對(duì)礦區(qū)內(nèi)有可能影響礦山安全的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面,為后續(xù)工程安全評(píng)價(jià)提供驗(yàn)證依據(jù)。
2.2 結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析
本次結(jié)構(gòu)面調(diào)查采用測(cè)線法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查如圖1,測(cè)線法的基本做法是在巖石露頭或平硐內(nèi)布置一條皮尺,長(zhǎng)度為15~20 m,首先量測(cè)皮尺的走向和傾角,然后對(duì)與此皮尺相交的節(jié)理,逐條記錄其樁號(hào)、傾向、傾角、半跡長(zhǎng)與隙寬。這里,半跡長(zhǎng)是指節(jié)理在皮尺一側(cè)的那段長(zhǎng)度[2]。有些節(jié)理延伸較長(zhǎng),無(wú)法量測(cè)其半跡長(zhǎng)度,在此取刪節(jié)長(zhǎng)度c為1 m。研究區(qū)南區(qū)950 m中段數(shù)據(jù)輸入情況見圖2。
結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析主要對(duì)象為結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀,根據(jù)產(chǎn)狀對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分組求出每組結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀。通過(guò)分析結(jié)構(gòu)面玫瑰花圖和Schmidt投影網(wǎng)可以粗略找出相對(duì)優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀,進(jìn)而結(jié)合繪制的極點(diǎn)等值線圖可以精確的讀出準(zhǔn)確的每組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀數(shù)據(jù)。
相較而言,從極射赤平投影所做的等值線圖可直觀清晰找出優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀,該方法目前是工程地質(zhì)界常用的表示方法。結(jié)構(gòu)面方位的離散程度可根據(jù)等值線圖的形狀和大小來(lái)反映,等值線圖的中心點(diǎn)即代表一組結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀,等面積投影網(wǎng)上點(diǎn)的分布可構(gòu)成各種優(yōu)選產(chǎn)狀圖解,產(chǎn)狀圖解格式有4種類型。
(1)極密型:表明在局部的相對(duì)集中現(xiàn)象,表現(xiàn)為單一、高度集中特征,突出結(jié)構(gòu)面的優(yōu)選產(chǎn)狀。
(2)環(huán)帶型:通常包含一個(gè)甚至多個(gè)明確的極密區(qū),環(huán)帶大圓極點(diǎn)代表環(huán)帶軸,投影點(diǎn)沿網(wǎng)的徑線大圓成環(huán)帶分布,??梢妰蓚€(gè)環(huán)帶交叉現(xiàn)象,表明結(jié)構(gòu)面是共面的。
(3)小圓環(huán)帶型:投影點(diǎn)環(huán)狀分布于小圓上,內(nèi)無(wú)極密區(qū),表示優(yōu)選產(chǎn)狀為環(huán)帶軸與結(jié)構(gòu)面所成的固定交角。
(4)均勻型或隨機(jī)定向型:投影點(diǎn)分布均勻,沒有典型的局部集中形態(tài),在自然界中非常少見,但方便進(jìn)行結(jié)構(gòu)面分組。
實(shí)際工程中常常運(yùn)用一定的軟件來(lái)分析結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀或組系特征。Dips軟件是應(yīng)用較為廣泛的一種,其雛形是由加拿大多倫多大學(xué)巖石力學(xué)研究室MS.Diedrichs和E.Hoek于1989年開發(fā)的“赤平投影結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析軟件包”。經(jīng)過(guò)多次改進(jìn),它已經(jīng)發(fā)展成一個(gè)功能極強(qiáng)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析軟件
通過(guò)前期現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù),并運(yùn)用Dips軟件,繪出南區(qū)950 m中段結(jié)構(gòu)面符號(hào)極點(diǎn)分布圖、傾向玫瑰花圖和極點(diǎn)等值線圖,見圖3~圖6。
從圖3可知,傾角可以簡(jiǎn)單劃分成7組,每組都有統(tǒng)一區(qū)間,第七組區(qū)間為78.57 °至90.00 °,數(shù)量占據(jù)主要優(yōu)勢(shì)為14個(gè)。從圖4可知,傾向可以簡(jiǎn)單劃分成7組,每組都有統(tǒng)一區(qū)間,第七組區(qū)間為307.29 °至358.00 °,數(shù)量占據(jù)主要優(yōu)勢(shì)為20個(gè)。從圖6作圖可知,圖中代表優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀的曲線,產(chǎn)狀為309 °∠84 °。
3 結(jié)語(yǔ)
對(duì)礦山南區(qū)950 m中段利用測(cè)線法分別做了結(jié)構(gòu)面調(diào)查,并用赤平投影法進(jìn)行了分析,分析得到巖體結(jié)構(gòu)面主要特征如下:
(1)通過(guò)利用Dips軟件可以處理構(gòu)造測(cè)量數(shù)據(jù)并得到玫瑰花圖、極點(diǎn)圖、等值線圖等統(tǒng)計(jì)圖件。
(2)950 m中段結(jié)構(gòu)面大多為閉合的構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。
(3)從傾向玫瑰圖和極點(diǎn)等值線圖可以得出,南區(qū)950 m中段優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面為309°∠84°。
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1.2.3 玫瑰圖
通過(guò)“視圖”-“玫瑰圖”或工具欄“玫瑰圖”實(shí)現(xiàn)。將三維構(gòu)造簡(jiǎn)化為二維展示,默認(rèn)的玫瑰圖每10 °一個(gè)統(tǒng)計(jì)單元,也可以點(diǎn)擊右鍵,“玫瑰圖選項(xiàng)”進(jìn)行必要改動(dòng)。繪制玫瑰花圖過(guò)程簡(jiǎn)單,能直觀清楚反映主要節(jié)理特征,在分析區(qū)域構(gòu)造是效果顯著。
1.2.4 等值線圖
通過(guò)“視圖”-“等值線圖”或“工具欄”-“等值線圖”來(lái)實(shí)現(xiàn),等值線圖是Dips用于平均分析或者極密分析的主要工具。表示極點(diǎn)統(tǒng)計(jì)密度,并不與極點(diǎn)圖或者散點(diǎn)圖的分布完全對(duì)應(yīng)。
該文主要結(jié)合調(diào)查測(cè)得數(shù)據(jù),繪制符號(hào)極點(diǎn)圖、玫瑰花圖和等值線圖,通過(guò)導(dǎo)出圖像,可以得到所需完整圖件。除此之外,Dips軟件還有添加面、添加系列、輸入文本等基本功能,在此不贅述。
1.3 主要結(jié)構(gòu)面分析功能
(1)繪制極點(diǎn)投影圖。極點(diǎn)代表空間平面的法線投影,可以使三維變?yōu)槎S,利于直觀分析,這點(diǎn)在優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面組分析中作用極大。
(2)以彩色填充和線狀的方式作極點(diǎn)密度等值線圖(Schmidt分布和Fisher分布)。
(3)選擇節(jié)理極密中心位置,繪出對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)赤平投影大圓,并計(jì)算出極密部位(相當(dāng)于優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面)的平均產(chǎn)狀,以文件形式存放。
(4)可選擇產(chǎn)狀定量數(shù)據(jù)和描述結(jié)構(gòu)面特征的定性數(shù)據(jù),分別繪制出頻率密度直方圖。圖件均可以形成DXF格式,并能方便地由AutoCAD繪圖軟件包調(diào)用。
(5)其他分析功能。該軟件包還有數(shù)據(jù)篩選和對(duì)符合條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)方位分析的功能。
2 工程實(shí)例
2.1 工程概況
白音諾爾鉛鋅目前采用淺孔留礦法和分段空?qǐng)龇?,?jīng)過(guò)30多年的開采,井下遺留大量采空區(qū),礦山現(xiàn)階段未經(jīng)處理的大采空區(qū)有南區(qū)1#礦體、2#礦體、3#礦體群等,其中直通地表的較小采空區(qū)面積在2000~3000 m2之間,另外一個(gè)空區(qū)面積在6000 m2左右,大型隱伏空區(qū)體積大約有60多萬(wàn) m3。遺留的大量采空區(qū)引起地壓產(chǎn)生,致使巖體受力平衡遭到破壞,由此產(chǎn)生的大大小小的裂隙對(duì)巖體穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為礦山現(xiàn)階段的生產(chǎn)以及后續(xù)的各項(xiàng)工作安全進(jìn)行,有必要對(duì)礦區(qū)內(nèi)有可能影響礦山安全的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面,為后續(xù)工程安全評(píng)價(jià)提供驗(yàn)證依據(jù)。
2.2 結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析
本次結(jié)構(gòu)面調(diào)查采用測(cè)線法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查如圖1,測(cè)線法的基本做法是在巖石露頭或平硐內(nèi)布置一條皮尺,長(zhǎng)度為15~20 m,首先量測(cè)皮尺的走向和傾角,然后對(duì)與此皮尺相交的節(jié)理,逐條記錄其樁號(hào)、傾向、傾角、半跡長(zhǎng)與隙寬。這里,半跡長(zhǎng)是指節(jié)理在皮尺一側(cè)的那段長(zhǎng)度[2]。有些節(jié)理延伸較長(zhǎng),無(wú)法量測(cè)其半跡長(zhǎng)度,在此取刪節(jié)長(zhǎng)度c為1 m。研究區(qū)南區(qū)950 m中段數(shù)據(jù)輸入情況見圖2。
結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析主要對(duì)象為結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀,根據(jù)產(chǎn)狀對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分組求出每組結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀。通過(guò)分析結(jié)構(gòu)面玫瑰花圖和Schmidt投影網(wǎng)可以粗略找出相對(duì)優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀,進(jìn)而結(jié)合繪制的極點(diǎn)等值線圖可以精確的讀出準(zhǔn)確的每組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀數(shù)據(jù)。
相較而言,從極射赤平投影所做的等值線圖可直觀清晰找出優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀,該方法目前是工程地質(zhì)界常用的表示方法。結(jié)構(gòu)面方位的離散程度可根據(jù)等值線圖的形狀和大小來(lái)反映,等值線圖的中心點(diǎn)即代表一組結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀,等面積投影網(wǎng)上點(diǎn)的分布可構(gòu)成各種優(yōu)選產(chǎn)狀圖解,產(chǎn)狀圖解格式有4種類型。
(1)極密型:表明在局部的相對(duì)集中現(xiàn)象,表現(xiàn)為單一、高度集中特征,突出結(jié)構(gòu)面的優(yōu)選產(chǎn)狀。
(2)環(huán)帶型:通常包含一個(gè)甚至多個(gè)明確的極密區(qū),環(huán)帶大圓極點(diǎn)代表環(huán)帶軸,投影點(diǎn)沿網(wǎng)的徑線大圓成環(huán)帶分布,??梢妰蓚€(gè)環(huán)帶交叉現(xiàn)象,表明結(jié)構(gòu)面是共面的。
(3)小圓環(huán)帶型:投影點(diǎn)環(huán)狀分布于小圓上,內(nèi)無(wú)極密區(qū),表示優(yōu)選產(chǎn)狀為環(huán)帶軸與結(jié)構(gòu)面所成的固定交角。
(4)均勻型或隨機(jī)定向型:投影點(diǎn)分布均勻,沒有典型的局部集中形態(tài),在自然界中非常少見,但方便進(jìn)行結(jié)構(gòu)面分組。
實(shí)際工程中常常運(yùn)用一定的軟件來(lái)分析結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀或組系特征。Dips軟件是應(yīng)用較為廣泛的一種,其雛形是由加拿大多倫多大學(xué)巖石力學(xué)研究室MS.Diedrichs和E.Hoek于1989年開發(fā)的“赤平投影結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析軟件包”。經(jīng)過(guò)多次改進(jìn),它已經(jīng)發(fā)展成一個(gè)功能極強(qiáng)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析軟件
通過(guò)前期現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù),并運(yùn)用Dips軟件,繪出南區(qū)950 m中段結(jié)構(gòu)面符號(hào)極點(diǎn)分布圖、傾向玫瑰花圖和極點(diǎn)等值線圖,見圖3~圖6。
從圖3可知,傾角可以簡(jiǎn)單劃分成7組,每組都有統(tǒng)一區(qū)間,第七組區(qū)間為78.57 °至90.00 °,數(shù)量占據(jù)主要優(yōu)勢(shì)為14個(gè)。從圖4可知,傾向可以簡(jiǎn)單劃分成7組,每組都有統(tǒng)一區(qū)間,第七組區(qū)間為307.29 °至358.00 °,數(shù)量占據(jù)主要優(yōu)勢(shì)為20個(gè)。從圖6作圖可知,圖中代表優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀的曲線,產(chǎn)狀為309 °∠84 °。
3 結(jié)語(yǔ)
對(duì)礦山南區(qū)950 m中段利用測(cè)線法分別做了結(jié)構(gòu)面調(diào)查,并用赤平投影法進(jìn)行了分析,分析得到巖體結(jié)構(gòu)面主要特征如下:
(1)通過(guò)利用Dips軟件可以處理構(gòu)造測(cè)量數(shù)據(jù)并得到玫瑰花圖、極點(diǎn)圖、等值線圖等統(tǒng)計(jì)圖件。
(2)950 m中段結(jié)構(gòu)面大多為閉合的構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。
(3)從傾向玫瑰圖和極點(diǎn)等值線圖可以得出,南區(qū)950 m中段優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面為309°∠84°。
參考文獻(xiàn)
[1] 韓業(yè)鳴,劉正桃,方同輝.紅石銅礦裂隙構(gòu)造分布特征研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2011,11(20):1671-1815.
[2] 張浩然.巖體結(jié)構(gòu)面地質(zhì)特征與幾何要素研究[D].南京:河海大學(xué),2008.
[3] 楊時(shí)業(yè),侯克鵬,楊會(huì)明.基于結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[J].有色金屬,2011,63(4).
[4] 鐘文,金解放,曾芳金.基于優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面的礦山邊坡穩(wěn)定性分析[J].中國(guó)鎢業(yè),2008,23(2).
[5] 朱婷,黃宜勝,郭建.基于優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面理論的高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2010,37(2).
[6] 劉強(qiáng),胡斌,王新剛.青海松樹南溝礦區(qū)臺(tái)階邊坡破壞類型分析[J].中國(guó)礦業(yè),2013,22(8).
[7] 李亮輝.裂隙巖體隧道滲流場(chǎng)分析與防排水技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué), 2007.
[8] 解世俊.金屬礦床地下開采[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008.endprint
1.2.3 玫瑰圖
通過(guò)“視圖”-“玫瑰圖”或工具欄“玫瑰圖”實(shí)現(xiàn)。將三維構(gòu)造簡(jiǎn)化為二維展示,默認(rèn)的玫瑰圖每10 °一個(gè)統(tǒng)計(jì)單元,也可以點(diǎn)擊右鍵,“玫瑰圖選項(xiàng)”進(jìn)行必要改動(dòng)。繪制玫瑰花圖過(guò)程簡(jiǎn)單,能直觀清楚反映主要節(jié)理特征,在分析區(qū)域構(gòu)造是效果顯著。
1.2.4 等值線圖
通過(guò)“視圖”-“等值線圖”或“工具欄”-“等值線圖”來(lái)實(shí)現(xiàn),等值線圖是Dips用于平均分析或者極密分析的主要工具。表示極點(diǎn)統(tǒng)計(jì)密度,并不與極點(diǎn)圖或者散點(diǎn)圖的分布完全對(duì)應(yīng)。
該文主要結(jié)合調(diào)查測(cè)得數(shù)據(jù),繪制符號(hào)極點(diǎn)圖、玫瑰花圖和等值線圖,通過(guò)導(dǎo)出圖像,可以得到所需完整圖件。除此之外,Dips軟件還有添加面、添加系列、輸入文本等基本功能,在此不贅述。
1.3 主要結(jié)構(gòu)面分析功能
(1)繪制極點(diǎn)投影圖。極點(diǎn)代表空間平面的法線投影,可以使三維變?yōu)槎S,利于直觀分析,這點(diǎn)在優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面組分析中作用極大。
(2)以彩色填充和線狀的方式作極點(diǎn)密度等值線圖(Schmidt分布和Fisher分布)。
(3)選擇節(jié)理極密中心位置,繪出對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)赤平投影大圓,并計(jì)算出極密部位(相當(dāng)于優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面)的平均產(chǎn)狀,以文件形式存放。
(4)可選擇產(chǎn)狀定量數(shù)據(jù)和描述結(jié)構(gòu)面特征的定性數(shù)據(jù),分別繪制出頻率密度直方圖。圖件均可以形成DXF格式,并能方便地由AutoCAD繪圖軟件包調(diào)用。
(5)其他分析功能。該軟件包還有數(shù)據(jù)篩選和對(duì)符合條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)方位分析的功能。
2 工程實(shí)例
2.1 工程概況
白音諾爾鉛鋅目前采用淺孔留礦法和分段空?qǐng)龇?,?jīng)過(guò)30多年的開采,井下遺留大量采空區(qū),礦山現(xiàn)階段未經(jīng)處理的大采空區(qū)有南區(qū)1#礦體、2#礦體、3#礦體群等,其中直通地表的較小采空區(qū)面積在2000~3000 m2之間,另外一個(gè)空區(qū)面積在6000 m2左右,大型隱伏空區(qū)體積大約有60多萬(wàn) m3。遺留的大量采空區(qū)引起地壓產(chǎn)生,致使巖體受力平衡遭到破壞,由此產(chǎn)生的大大小小的裂隙對(duì)巖體穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為礦山現(xiàn)階段的生產(chǎn)以及后續(xù)的各項(xiàng)工作安全進(jìn)行,有必要對(duì)礦區(qū)內(nèi)有可能影響礦山安全的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面,為后續(xù)工程安全評(píng)價(jià)提供驗(yàn)證依據(jù)。
2.2 結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析
本次結(jié)構(gòu)面調(diào)查采用測(cè)線法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查如圖1,測(cè)線法的基本做法是在巖石露頭或平硐內(nèi)布置一條皮尺,長(zhǎng)度為15~20 m,首先量測(cè)皮尺的走向和傾角,然后對(duì)與此皮尺相交的節(jié)理,逐條記錄其樁號(hào)、傾向、傾角、半跡長(zhǎng)與隙寬。這里,半跡長(zhǎng)是指節(jié)理在皮尺一側(cè)的那段長(zhǎng)度[2]。有些節(jié)理延伸較長(zhǎng),無(wú)法量測(cè)其半跡長(zhǎng)度,在此取刪節(jié)長(zhǎng)度c為1 m。研究區(qū)南區(qū)950 m中段數(shù)據(jù)輸入情況見圖2。
結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計(jì)分析主要對(duì)象為結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀,根據(jù)產(chǎn)狀對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分組求出每組結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀。通過(guò)分析結(jié)構(gòu)面玫瑰花圖和Schmidt投影網(wǎng)可以粗略找出相對(duì)優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀,進(jìn)而結(jié)合繪制的極點(diǎn)等值線圖可以精確的讀出準(zhǔn)確的每組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀數(shù)據(jù)。
相較而言,從極射赤平投影所做的等值線圖可直觀清晰找出優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀,該方法目前是工程地質(zhì)界常用的表示方法。結(jié)構(gòu)面方位的離散程度可根據(jù)等值線圖的形狀和大小來(lái)反映,等值線圖的中心點(diǎn)即代表一組結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀,等面積投影網(wǎng)上點(diǎn)的分布可構(gòu)成各種優(yōu)選產(chǎn)狀圖解,產(chǎn)狀圖解格式有4種類型。
(1)極密型:表明在局部的相對(duì)集中現(xiàn)象,表現(xiàn)為單一、高度集中特征,突出結(jié)構(gòu)面的優(yōu)選產(chǎn)狀。
(2)環(huán)帶型:通常包含一個(gè)甚至多個(gè)明確的極密區(qū),環(huán)帶大圓極點(diǎn)代表環(huán)帶軸,投影點(diǎn)沿網(wǎng)的徑線大圓成環(huán)帶分布,??梢妰蓚€(gè)環(huán)帶交叉現(xiàn)象,表明結(jié)構(gòu)面是共面的。
(3)小圓環(huán)帶型:投影點(diǎn)環(huán)狀分布于小圓上,內(nèi)無(wú)極密區(qū),表示優(yōu)選產(chǎn)狀為環(huán)帶軸與結(jié)構(gòu)面所成的固定交角。
(4)均勻型或隨機(jī)定向型:投影點(diǎn)分布均勻,沒有典型的局部集中形態(tài),在自然界中非常少見,但方便進(jìn)行結(jié)構(gòu)面分組。
實(shí)際工程中常常運(yùn)用一定的軟件來(lái)分析結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀或組系特征。Dips軟件是應(yīng)用較為廣泛的一種,其雛形是由加拿大多倫多大學(xué)巖石力學(xué)研究室MS.Diedrichs和E.Hoek于1989年開發(fā)的“赤平投影結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析軟件包”。經(jīng)過(guò)多次改進(jìn),它已經(jīng)發(fā)展成一個(gè)功能極強(qiáng)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析軟件
通過(guò)前期現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù),并運(yùn)用Dips軟件,繪出南區(qū)950 m中段結(jié)構(gòu)面符號(hào)極點(diǎn)分布圖、傾向玫瑰花圖和極點(diǎn)等值線圖,見圖3~圖6。
從圖3可知,傾角可以簡(jiǎn)單劃分成7組,每組都有統(tǒng)一區(qū)間,第七組區(qū)間為78.57 °至90.00 °,數(shù)量占據(jù)主要優(yōu)勢(shì)為14個(gè)。從圖4可知,傾向可以簡(jiǎn)單劃分成7組,每組都有統(tǒng)一區(qū)間,第七組區(qū)間為307.29 °至358.00 °,數(shù)量占據(jù)主要優(yōu)勢(shì)為20個(gè)。從圖6作圖可知,圖中代表優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀的曲線,產(chǎn)狀為309 °∠84 °。
3 結(jié)語(yǔ)
對(duì)礦山南區(qū)950 m中段利用測(cè)線法分別做了結(jié)構(gòu)面調(diào)查,并用赤平投影法進(jìn)行了分析,分析得到巖體結(jié)構(gòu)面主要特征如下:
(1)通過(guò)利用Dips軟件可以處理構(gòu)造測(cè)量數(shù)據(jù)并得到玫瑰花圖、極點(diǎn)圖、等值線圖等統(tǒng)計(jì)圖件。
(2)950 m中段結(jié)構(gòu)面大多為閉合的構(gòu)造結(jié)構(gòu)面。
(3)從傾向玫瑰圖和極點(diǎn)等值線圖可以得出,南區(qū)950 m中段優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面為309°∠84°。
參考文獻(xiàn)
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[5] 朱婷,黃宜勝,郭建.基于優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面理論的高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2010,37(2).
[6] 劉強(qiáng),胡斌,王新剛.青海松樹南溝礦區(qū)臺(tái)階邊坡破壞類型分析[J].中國(guó)礦業(yè),2013,22(8).
[7] 李亮輝.裂隙巖體隧道滲流場(chǎng)分析與防排水技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué), 2007.
[8] 解世俊.金屬礦床地下開采[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008.endprint