侧裂结构面迹长估计方法研究

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1、侧裂结构面迹长估计方法研究摘要：侧裂面是控制拱坝抗滑稳定的重要力学边界之一，可能构成侧裂面的陡倾结构面称为侧裂结构面。如果侧裂结构面为随机基体裂缝，那么其迹长估计就是侧裂面边界条件分析中的一项重要内容。作者在分析H-H、Laslett和2L0.5三种迹长估计方法的基础上，综合确定模型方法和概率模型方法，提出了一种适用于侧裂结构面迹长估计的新方法——广义H-H迹长估计算法。并利用此方法对西南某大型水电站工程侧裂结构面迹长进行了研究，证明了该方法的正确性。关键词：侧裂面侧裂结构面迹长估计广义H-H算法在水电工程中，侧裂面是控制拱坝坝肩抗滑稳定的一个重要力学边界。如果坝肩部位没有明

2、显的陡倾断层通过，则可能构成侧裂面的结构面只能是某一走向的陡倾基体裂隙，作者将这组陡倾裂隙称之为侧裂结构面。侧裂结构面迹长是一个重要岩体结构参数，它直接反映了结构面的几何大小，所以侧裂结构面迹长是侧裂面边界条件分析中一项重要内容。但是，由于受野外露头的影响，可测量到的全迹长结构面样本数量往往很少，利用确定模型方法直接求柔构面平均迹长受到了很大的限制，因此基于概率模型的迹长估计方法便成为获柔构面平均迹长的一个主要途径。其基本原理是根据取样窗口中结构面可见迹长及其与窗口(或测线)的交切关系来推求平均迹长。尽管现有迹长估计方法较多，但是专门用于侧裂结构面迹长估计方法尚没见报道。在对

3、西南某大型水电站工程侧裂面边界条件研究中发现，在某些情况下，各种迹长估计算法之间存在较大差别，迹长估计结果与实际情况出入很大。作者对这一现象进行了较深入的分析，并在此基础上，提出了广义H-H结构面迹长估计公式，理论和实践证明：该算法是正确可靠的。1结构面迹长估计常用方法目前已有的迹长估计方法很多，常用的方法有：Kulatilake迹长估计法、Cruden迹长估计法、Laslett(1982)迹长估计法、H-H迹长估计法和倍半迹长方法(2L0.5)等等。其中Kulatilake算法要求由倾向和倾角两个独立变量定义的结构面二维概率密度函数是已知的，所以实用性较差。Cruden公式

4、假设迹长服从负指数分布，然而众多学者则认为迹长服从对数正态分布。鉴于上述理由，在实际计算中，主*捎昧薍-H、Laslett和2L0.5三种迹长估算方法。Laslett基于极大似然原理，推导了由窗口数据估计结构面平均迹长的极大似然公式：(1)式中：Xi是第i条两端可见结构面可见迹长；Yj是第j条一端可见结构面可见迹长；Zk是第k条两端均不可见结构面可见迹长；n为两端可见结构面条数；m为一端可见结构面条数；p为两端均不可见结构面条数。特别地，当两端可见结构面条数n和两端均不可见结构面条数p均为零时，上式变为简化为如下形式：(2)上式的物理含义是结构面平均迹长等于可见迹长数学期望的

5、两倍，故称之为倍半迹长估计公式(简记为2L0.5).　　Laslett极大似然迹长估计没有考虑到测量窗口尺度对迹长估计的影响，1997年黄润秋、黄国明提出的平均迹长计算公式则弥补了这一缺陷。在宽度为alstyle="TEXT-ALIGN:center"align=center>图1结构面与窗口交切关系l=n1+2n0/2Nπalstyle="TEXT-ALIGN:right"align=right>(3)式中：n0是两端均不可见的结构面条数；n1是一端可见另一端不可见的结构面条数；n2是两端可见的结构面条数；N是结构面总数，由下式确定：N=n0+n1+n2(4)2侧裂结构面迹

6、长估计2.1问题特点拟建西南某大型水电站是一巨型规模的水力发电枢纽工程，大坝为双曲高拱坝，坝区侧裂结构面主要由随机分布的陡倾基体裂隙构成。按照工程设计和抗滑稳定性要求，确定左岸侧裂结构面走向变化范围为N5°soNormalstyle="TEXT-ALIGN:center"align=center>图2坝肩抗力体低高程平硐布置及其侧裂结构面分布图3厂房区勘探平硐布置示意坝区工程勘探布置状况以及侧裂结构面发育特点决定了迹长研究应该采用以概率模型方法为主，确定性统计方法为辅的技术路线，具体方法如下：对于那些可以测量到全迹长侧裂结构面的平硐，其平均迹长可以直接利用统计方法计算获得，并

7、将此作为迹长估计的真实值。在这些平硐附近局部范围内，往往还沿着其它方向布置一些勘探平硐，在其某一侧壁上，可获取各种与侧壁顶、底相互交切的侧裂结构面样本，侧裂结构面迹长可以利用各种概率模型方法计算获得。通过估计值与真实值之间的相互对比，判断迹长估计方法的正确性和可靠性。如果迹长估计方法是正确的，则可将这一方法推广至整个坝区侧裂结构面的迹长估计。2.2侧裂结构面迹长估计由于侧裂结构面现场调查主要是在勘探平硐中进行的，所以以平硐为单位分别计算侧裂结构面迹长，具体算法采用式(1)～式(3).因篇幅所限，表1列出