基于GIS技术的岩体裂隙分形特征研究.pdf

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1、第27卷第1期铀矿地质Vo1．27No．12011年1月UraniumGeologyJan．2011基于GIS技术的岩体裂隙分形特征研究钟霞，王驹，黄树桃，王树红，高敏(核工业北京地质研究院，北京100029)[摘要]基于GIS技术，对我国高放废物地质处置库预选区岩体裂隙测量数据进行可视化处理，计算反映岩体裂隙发育情况的分形特征参数，并应用于工程岩体质量评价。为岩体裂隙的定量化与模型化研究提供了新思路。[关键词]岩体裂隙；分维；GIS；岩体质量[文章编号]1000-0658(2011)01—00

2、6104[中图分类号]P642；TP39[文献标识码]A在高放废物地质处置库开发过程中，岩劣，为岩体结构类型划分及工程岩体质量评体作为处置库重要的地质屏障，其稳定性及价提供依据。结构面研究备受关注l1]。岩体裂隙的存在不仅甘肃北山预选区花岗岩是我国高放废物破坏了岩体的完整性，导致岩体力学性能的地质处置库研究的重点[4]。受长期地质作用的不连续性、非均匀性和各向异性，改变了岩影响，预选区花岗岩体存在许多性质不同、体的变形性质，降低岩体的强度，而且，岩规模不等的结构面，如断层、裂隙节理、层体结构面作

3、为地下流体的主要通道，其几何面、片理等。GIS作为地学信息的研究应用技形态、发育程度及其空间结构影响和控制了术，在地学空间数据的存储、查询、分析、地下流体的流动与运移。显示、可视化水平等方面具有极大优势。本岩体中规模较大的结构面，如断层等的几文结合分形等非线性理论与GIS技术，探讨何特征，产状、密集程度、张开程度、延伸情预选区岩体裂隙形态的空间分布和几何特征，况、连通情况等，可以通过传统工程地质研究并将岩体的定量化表征应用于岩体质量评价，方法进行宏观确定；而岩体中广泛分布的规模为处置库岩体裂隙研

4、究提供了新思路。较小的结构面，需借助其他理论与工具进行研究。据已有文献，岩体中裂隙的空间分布具有1．岩体裂隙分形特征自相似特征，其形成与传播也是在某一应力历1．1岩体裂隙统计史下的一种自相似过程。]。分形几何是一门常规的岩体裂隙研究方法的过程为：(1)研究自相似性的学科，利用此方法，可以从野外采样：现场实测岩体中裂隙的几何参数，小范围的裂隙网络特征推求更大范围的结构如：裂隙组数、产状、间距、迹长、张开情况和结面发育情况，进而评价岩体质量的相对优构面粗糙度等。常见的确定裂隙几何参数的[收稿日期]2

5、010—03—24[改回日期]2010—10—18[作者简介]钟霞(1978一)，女，工程师，核工业北京地质研究院在读博士。Email：zhongxia412@163．corn·62·铀矿地质第27卷采样方法有测线法和统计窗法。(2)分组和统必须根据裂隙研究的具体特征来确定分维数。计：在现场采样的基础上对裂隙样本进行分组本文选用岩体裂隙几何特征中的裂隙密度分统计研究，包括对样本进行分组和各组样本随维与网络密度分维做具体研究。机变量(如走向、倾向、倾角、间距、迹长等)的根据已有的研究与分维值的定义

6、[6]，岩统计。(3)对样本分布形式进行拟合检验，判体裂隙密度分维特征描述为考虑对象为沿某断各随机变量的统计分布形式及分布参数。一测线方向裂隙迹线交点的分布集，密度分1．2岩体裂隙的分形维数计算方法维值D反映了岩体的裂隙密度大小。I(r)应用分形理论研究岩体裂隙是常规岩体的大小反映了单位面积(方格)内裂隙数目裂隙研究方法的延伸。分形几何特征最重要的多少，是裂隙密集程度的度量。满足0

7、是定量刻画分形特征的参数。于裂隙充分密集，无论以何种方式(尺度)该参数一般情况下是一个分数(包括整数)，统计，其密集度都相差无几；D一1，对应于它表征了分形体的复杂程度，分形维数越大，研究区域内只有一条裂隙的情况。同理，裂其客体就越复杂，反之亦然。因此，在研究隙网络分维特征描述为考虑对象为某一测面岩体裂隙分形特征中，如何获取分形维数是上的裂隙迹线分布情况，网络分维D大小反研究重点。映了裂隙网络的复杂程度，I(r)的大小是通常，分形维数在工程岩体实测中很难裂隙迹线的分布，满足1

8、在实际研究中，主要采用Hausdorff维大，裂隙分布越杂乱，岩体越破碎；D一1数、容量维数[5]、信息维数、相关维数4种分对应于一条直线，即在研究区域内只有一维数来刻画分形特征。本文选用其中应用最条裂隙的情况；D一2对应于一个平面，即广的容量维数(也叫盒计维数)研究岩体裂岩体充分破碎，裂隙踪迹布满整个研究区隙分形特征，其定义为：设F是平面上的有域的情况。界点集，总可以找到一个矩形使F包含于其由以上岩体裂隙的几何特征分形参数计中。将矩形分割为若干个边长为r的小方格，算模型，根据GIS对空间数据的