花崗巖中結(jié)構(gòu)面分布及其在巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)中的意義

王 斌

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)建設(shè)的高度發(fā)展，對(duì)于礦業(yè)生產(chǎn)有了非常大的需求，而礦山施工建設(shè)也成為很多具備生產(chǎn)條件地區(qū)提升經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要選擇。在礦山實(shí)際的施工建設(shè)中，需要對(duì)花崗巖結(jié)構(gòu)面的分布情況進(jìn)行準(zhǔn)確分析和判斷，通過這些分析形成該該礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本數(shù)據(jù)，這為開發(fā)施工奠定了較為堅(jiān)實(shí)的信息基礎(chǔ)條件。對(duì)整個(gè)花崗巖整個(gè)結(jié)構(gòu)面分布及其巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)，這是在實(shí)際礦山施工建設(shè)中非常重要的基礎(chǔ)，這是確保之后施工質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性的重要保障內(nèi)容。

1 花崗巖結(jié)構(gòu)面分布分析概述

對(duì)于礦山施工建設(shè)中，需要對(duì)礦山所在地區(qū)的巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致勘探，分析其結(jié)構(gòu)面的具體構(gòu)成，并轉(zhuǎn)化為實(shí)際建設(shè)中的設(shè)計(jì)要素，而得到充分關(guān)注。對(duì)于礦山地區(qū)的花崗巖結(jié)構(gòu)面分布，普遍表現(xiàn)出在規(guī)模上和性質(zhì)上的各種差異性分布特點(diǎn)，這些因素都是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)巖體施工穩(wěn)定性的基本條件保障。工程的穩(wěn)定性，必須建立在其地質(zhì)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性條件前提下，且礦山生產(chǎn)需要對(duì)礦體進(jìn)行向下的挖掘等過程，這對(duì)于工程項(xiàng)目的工程基礎(chǔ)有著非常高的要求。對(duì)工程所涉及區(qū)域巖體的基礎(chǔ)構(gòu)造和結(jié)構(gòu)特征，需要基于礦業(yè)生產(chǎn)和施工建設(shè)的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足這些施工設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的需要。在實(shí)際的巖體結(jié)構(gòu)分析中，主要通過大量的鉆孔數(shù)據(jù)的分析，對(duì)巖體地質(zhì)條件以及在工程中表現(xiàn)出的力學(xué)特性有充分研究，獲得巖體結(jié)構(gòu)面分布的具體指標(biāo)以及其規(guī)律，并將巖體質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)引入分析分類過程，采用有效的方法對(duì)礦巖體實(shí)施質(zhì)量評(píng)價(jià)。通過這些研究，確保所得的結(jié)果能夠充分揭示工程巖體性質(zhì)，為礦山后續(xù)施工建設(shè)和穩(wěn)定運(yùn)行提供有效的幫助作用。

2 花崗巖結(jié)構(gòu)面分布與巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)價(jià)值分析

對(duì)待建礦山進(jìn)行花崗巖結(jié)構(gòu)面分布進(jìn)行分析，這是整個(gè)施工設(shè)計(jì)和后繼建設(shè)和應(yīng)用的關(guān)鍵條件，通過這些方面的充分保障，使得整個(gè)礦山的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能夠達(dá)到較高的水平上，使得整個(gè)生產(chǎn)保持高度的穩(wěn)定性和合理性。為此，必須強(qiáng)化相關(guān)價(jià)值分析工作，具體來說，可以從以下幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行討論。

2.1 花崗巖巖體結(jié)構(gòu)分析的必要性

在礦山施工設(shè)計(jì)和建設(shè)之前，需要對(duì)花崗巖的巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行較為細(xì)致和系統(tǒng)的分析，其目的就是要了解整個(gè)巖體結(jié)構(gòu)的具體分布，這些分布狀況會(huì)在具體施工建設(shè)中產(chǎn)生非常大的作用，尤其是建成后的使用，會(huì)因?yàn)檫@些地質(zhì)因素對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。這主要是因?yàn)榈V山地區(qū)的巖體因?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造過程中各種外力多次高強(qiáng)度的作用下，會(huì)出現(xiàn)顯著的變形甚至損壞等情況，因此在整個(gè)花崗巖的巖體內(nèi)部逐漸形成許多規(guī)模和形態(tài)完全不同的結(jié)構(gòu)面。

而這些花崗巖的結(jié)構(gòu)面分布比較復(fù)雜，且結(jié)構(gòu)構(gòu)成上呈現(xiàn)尺度各異，使得整個(gè)花崗巖巖體的力學(xué)特性發(fā)展形成為非線性以及非連續(xù)性的特點(diǎn)，并導(dǎo)致花崗巖巖體本身力學(xué)性質(zhì)的程度不同的破壞?；谶@一情況，對(duì)花崗巖巖體的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行正確分析，包括節(jié)理間距以及單軸抗壓強(qiáng)度等，都是進(jìn)行工程建設(shè)設(shè)計(jì)的最基本條件，其分析的全面性和準(zhǔn)確性對(duì)于整個(gè)施工質(zhì)量和運(yùn)行穩(wěn)定性有著極為重要的影響。而強(qiáng)化相關(guān)建設(shè)并將其分析準(zhǔn)確性和可靠性方面進(jìn)行充分保障，這也是進(jìn)行巖體質(zhì)量分析的直接原因。

2.2 花崗巖結(jié)構(gòu)面分布分析方法

對(duì)花崗巖結(jié)構(gòu)面的分布進(jìn)行分析，需要選擇比較適宜的分析方法才能保證整個(gè)分析質(zhì)量。在具體操作中，還要根據(jù)具體情況對(duì)一些分析方式和方法進(jìn)行必要的調(diào)整和優(yōu)化，以使得整個(gè)分析與實(shí)際情況達(dá)到更好的吻合效果。在實(shí)際的花崗巖結(jié)構(gòu)面分布分析中，普遍采用的技術(shù)方法主要包括三種，下面分別加以說明。

2.2.1 赤平極射投影法

該方法主要用于對(duì)結(jié)構(gòu)面空間分布的分析，以及對(duì)結(jié)構(gòu)體的總體穩(wěn)定性屬性進(jìn)行分析時(shí)，也會(huì)采用赤平極射投影的方法。其原理是將結(jié)構(gòu)體的幾何要素，以及其代表性的點(diǎn)、線、面之間的位置、相互關(guān)系以及運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)行三維投影處理，這些要素被投射在不同的平面上，使得研究更加便捷和靈活。采用該技術(shù)方法，其優(yōu)點(diǎn)可以歸納為幾個(gè)：一是方法簡便，能夠很容易用于實(shí)際的地質(zhì)分析；二是直觀形象，可以將立體內(nèi)容通過三投影等處理轉(zhuǎn)化為平面方式，有很好的視覺效果；三是綜合量化圖解處理，該方法包含了各種參數(shù)信息，能夠以準(zhǔn)確的數(shù)字和數(shù)據(jù)使得整個(gè)分析準(zhǔn)確合理。赤平投影基于計(jì)數(shù)網(wǎng)對(duì)計(jì)數(shù)單元內(nèi)所有極點(diǎn)數(shù)均記錄于各單元中心，當(dāng)計(jì)數(shù)單元極點(diǎn)數(shù)完成計(jì)數(shù)，就可以獲得極點(diǎn)計(jì)數(shù)圖。該計(jì)數(shù)圖內(nèi)的所有參數(shù)相等點(diǎn)可以直接表現(xiàn)為極點(diǎn)等密線圖。根據(jù)極點(diǎn)數(shù)占比可以將等密線圖繪制完成，這就是極點(diǎn)等密圖。因?yàn)闃O點(diǎn)等密圖內(nèi)將堆散結(jié)構(gòu)面排除在外，極點(diǎn)集中區(qū)可以形成優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面組，并在實(shí)際的分析起到主導(dǎo)作用。

2.2.2 等值線法

等值線法是一個(gè)比較常用的分析處理結(jié)構(gòu)面的方法，該方法將方格在等面網(wǎng)上進(jìn)行投影，并選擇等面積網(wǎng)中約1% 的圓設(shè)定為極點(diǎn)計(jì)數(shù)圓，圓心設(shè)定在交點(diǎn)。完成所有的統(tǒng)計(jì)，按照選擇測點(diǎn)密度來確定等值線之間的距離，并選擇插值法對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行求解，通過等值線將這些點(diǎn)進(jìn)行連接。通常情況下，多段線等值線結(jié)構(gòu)中所包含的各起點(diǎn)與終點(diǎn)都要設(shè)定在投影圓上，而連接多邊形等值線各起點(diǎn)與終點(diǎn)，這些連線都會(huì)留在投影圓內(nèi)。各極點(diǎn)密度和等值線值一致的點(diǎn)，都可以一將其視為起點(diǎn)。對(duì)于某三角形，若存在2 個(gè)點(diǎn)極點(diǎn)密度保持和等值線的取值一致，則該點(diǎn)就會(huì)位于等值線三角形的一端入口，另一點(diǎn)則位于其出口位置。如果極點(diǎn)密度和等值線一致的點(diǎn)都處于投影圓上，而該點(diǎn)屬于等值線三角形入口或出口的位置。如果等值線某點(diǎn)恰好處在設(shè)定的投影圓上，則該投影點(diǎn)就應(yīng)該做為等值線與三角形出口進(jìn)行脫離處理，同時(shí)，該出口也可以作為下個(gè)三角形的入口。按照此算法的處理方式和原理，檢測中更加有效地對(duì)三角網(wǎng)各極點(diǎn)密度相同的等值線分布進(jìn)行追蹤，基于此所得到的結(jié)構(gòu)圖也可以達(dá)到更為準(zhǔn)確的分布分析。

2.2.3 誤差處理技術(shù)

整個(gè)數(shù)據(jù)要滿足實(shí)際工況需要，還必須進(jìn)行誤差處理。誤差處理的目的就是最大限度利用數(shù)據(jù)樣本的多點(diǎn)選取，以獲得更接近于實(shí)際情況的結(jié)構(gòu)面分布。為確保誤差處理的針對(duì)性和適用性，需要在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的應(yīng)用上選擇更具全面性和系統(tǒng)性的軟件應(yīng)用系統(tǒng)，相關(guān)檢測計(jì)算公式也必須與實(shí)際的情況盡可能實(shí)現(xiàn)吻合，以切實(shí)保證整個(gè)檢測的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，避免誤差問題造成的各種負(fù)面影響。

2.3 花崗巖單軸抗壓強(qiáng)度因素分析

礦巖石單軸抗壓強(qiáng)度是影響巖體強(qiáng)度的基本因素，他反映了巖石材料的性質(zhì)，是目前幾種通用圍巖分類所考慮的因素之一。為了進(jìn)行本礦區(qū)巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)和穩(wěn)定性分析，對(duì)巖芯進(jìn)行了取樣，以調(diào)查完整巖石的單軸抗壓強(qiáng)度。對(duì)取樣進(jìn)行的巖芯點(diǎn)荷載試驗(yàn)，獲得了不同鉆孔位置、不同巖性在不同深度的巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)，由此可換算出完整巖石單軸抗壓強(qiáng)度，為礦巖體分類和巖體參數(shù)預(yù)測提供基礎(chǔ)。由于試驗(yàn)采用的點(diǎn)載荷儀，讀數(shù)由液壓表給出，單位為MPa，為得到需要的巖石單軸抗壓強(qiáng)度，對(duì)原先調(diào)查時(shí)設(shè)計(jì)的巖芯點(diǎn)載荷試驗(yàn)記錄表進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。按照公式計(jì)算得到各鉆孔巖芯試樣的單軸抗壓強(qiáng)度。單個(gè)鉆孔抗壓強(qiáng)度樣品及全體抗壓強(qiáng)度樣品的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從抗壓強(qiáng)度樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析可知，該礦區(qū)礦巖的單軸抗壓強(qiáng)度較低，根據(jù)巖芯點(diǎn)載荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算了礦區(qū)礦巖的單軸抗壓強(qiáng)度，并分鉆孔對(duì)礦區(qū)礦巖的單軸抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

2.4 分析方法的評(píng)價(jià)意義

然后根據(jù)工程與水文地質(zhì)調(diào)查樣品，采用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)各評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行推估，然后按照RMR 方法中關(guān)于分類參數(shù)及其等級(jí)的規(guī)定取值，對(duì)各評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行打分。由于RMR 評(píng)價(jià)體系中，各結(jié)構(gòu)面狀態(tài)是定性描述的，對(duì)結(jié)構(gòu)面狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。各評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行打分后，即可得出礦巖可崩性指標(biāo)RMR 值。目前，用于礦體可崩性和圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的名種方法最初大都是由隧道圍巖質(zhì)量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上引申和發(fā)展起來的，把工程地質(zhì)條件和巖體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)聯(lián)系起來，并借鑒工程的經(jīng)驗(yàn)或教訓(xùn)對(duì)礦巖可崩性進(jìn)行分類。在采礦工程設(shè)計(jì)中，CSIR分類（RMR分類）、NGI 分類（Q 分類）和MRMR 巖體分方法最受人們關(guān)注，已經(jīng)應(yīng)用于崩落法采礦設(shè)計(jì)，并且很有很多學(xué)者對(duì)這些方法之間的相關(guān)性進(jìn)行了深入的研究。針對(duì)我國不同礦區(qū)礦巖的實(shí)際情況，采用更具操作性的比較分析評(píng)價(jià)方法，并選用同修正的RMR 分類法。對(duì)巖體質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確的分級(jí)評(píng)價(jià)。

3 結(jié)語

綜上所述，礦山施工建設(shè)之前，需要對(duì)整個(gè)礦山的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行勘測和分析，尤其是花崗巖結(jié)構(gòu)面分布就在巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)，這對(duì)于整個(gè)施工建設(shè)和開發(fā)工作有著極為重要的影響。為此，相關(guān)研究將其作為一個(gè)非常重要的課題，并通過各種更具科學(xué)合理性的方法對(duì)其結(jié)構(gòu)面的分布情況進(jìn)行系統(tǒng)分析，最終將這些分析內(nèi)容轉(zhuǎn)化為實(shí)際的施工設(shè)計(jì)和管理工作。這些建設(shè)和生產(chǎn)的基礎(chǔ)條件能夠得到充分關(guān)注，并落實(shí)在具體的研究和分析過程，形成整個(gè)施工建設(shè)的最重要和必要的數(shù)據(jù)內(nèi)容。最主要的原因，就是其對(duì)整個(gè)工程的未來應(yīng)用有著非常重要的影響。