一种建立峡谷区斜坡地应力场分布的方法

技术领域

本发明属于峡谷区地质勘探领域，具体涉及一种建立峡谷区斜坡地应力场分布的方法。

背景技术

地应力是地质体的重要赋存环境之一，滑坡、隧洞边坡变形破坏以及断层活动等现象均是具有一定变形强度特性的地质体在地应力作用下的力学行为。在工程地质野外工作中，判断地质体内地应力大小极为重要，根据地应力可以估测岩土体自然条件或工程扰动后的稳定性。

目前，地应力主要通过应力解除法、应力恢复法和水压致裂法等地应力测试方法获取，但这些方法均需要专业的设备，耗时费力。尚没有能够在工程地质调查中能够快速评估地应力的方法。

发明内容

本发明提出了一种建立峡谷区斜坡地应力场分布的方法，利用破裂面的迹长和岩桥，获取破裂面岩石的最大主应力，结合结构面产状，构建主应力与产状的线性系数关系，经应力场反演，建立峡谷区应力场分布。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种建立峡谷区斜坡地应力场分布的方法，包括以下步骤：

获取破裂面的迹长、岩桥长度、产状和性状，基于所述迹长和所述岩桥长度，计算得到破裂面连通率；

根据所述破裂面连通率和预定的裂纹破裂阶段对应关系，得到裂纹的所述破裂阶段；

基于所述破裂阶段和所述性状，计算得到裂纹的最大主应力量值，根据所述产状得到裂纹的最大主应力方向；

基于所述最大主应力量值和所述最大主应力方向，建立峡谷区斜坡地应力场分布。

优选的，利用结构面测量精测线法，获取所述迹长和所述产状。

优选的，得到所述破裂面连通率的方法包括：

基于所述迹长，得到破裂面的岩桥长度和结构面迹长；

所述破裂面连通率等于所述迹长除以所述岩桥长度与所述结构面迹长之和。

优选的，所述性状包括岩石属性和风化程度。

优选的，得到所述最大主应力量值的方法包括：

通过所述岩石属性和所述风化程度，得到岩石的峰值强度；

基于所述峰值强度和所述破裂阶段，得到所述最大主应力量值。

优选的，所述最大主应力方向与所述破裂面平行。

优选的，所述峡谷区斜坡地应力场分布的建立方法还包括：基于所述最大主应力量值和所述最大主应力方向，利用多元归回原理，通过改变岩体自变量，建立线性系数关系后，再建立所述峡谷区斜坡地应力场分布；所述岩体自变量包括岩体变形模量和地质构造变量。

优选的，基于所述线性系数关系，通过应力场反演和最小二乘法系数回归，建立所述峡谷区斜坡地应力场分布。

本发明的有益效果为：

本发明公开了一种建立峡谷区斜坡地应力场分布的方法，利用破裂面的迹长和岩桥，获取破裂面岩石的最大主应力，结合结构面产状，构建主应力与产状的线性系数关系，经应力场反演，建立峡谷区应力场分布，与以往的技术相比，本发明操作简单，无需开展地应力测试，也无需大量人力物力，不需要多余的经费投入，简单有效的获得地应力场数据，同时，结合地应力场反演技术，可以获得较大尺度的地应力场分布情况，为工程选址和工程岩体稳定性判断提供依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为岩体的渐进破坏过程及其对应的应力阈值示意图；

图2为本申请实施例中建立峡谷区斜坡地应力场分布的方法流程示意图；

图3为利用本申请实施例的方法得到的峡谷区应力场分布情况示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

众所周知，地质体在力的作用下发生破坏需要经历一个裂纹的压密、起裂、扩展、贯通过程，其中分别对应裂纹压密应力（σ

这种规律性的认识就给了野外现场根据岩体的破坏情况快速判断地应力状态的可能。在实际斜坡调查中，尤其是我国西南高山峡谷地区，经常可以看到岩体新鲜破裂现象，根据破裂的发育状态，可以推算该处岩体破坏所处的阶段（如裂纹起裂、裂纹扩展、裂纹贯通等），基于此，推算该处岩体所受的应力状态，进而通过应力场反演方法，较为快速的分析更大尺度的地应力场，为工程布置及灾害防控提供参考。

如图2所示，为本实施例建立峡谷区斜坡地应力场分布的方法流程示意图，具体步骤如下：

S102.通过新鲜破裂面的迹长和岩桥长度，得到破裂面的连通率。观察并详细记录斜坡不同位置的新鲜破裂情况，对于新鲜破裂面的扩展-贯通折断破裂现象，做详细描绘，采用工程地质调查中常用的结构面测量精测线方法，用卷尺等工具测量新鲜破裂面的迹长，用罗盘测量结构面的产状，通过破裂面的迹长L

S104.根据破裂面连通率，分别确定裂纹的破裂阶段；在本申请中，依据岩体断裂力学理论及大量的岩体渐进破坏统计资料，预设定义连通率0~0.2的为裂纹起裂阶段，连通率0.2~0.8的为裂纹扩展阶段，连通率0.8~1的为裂纹损伤阶段。

S106.计算裂纹的最大主应力量值，确定最大主应力方向。在本实施例中，通过查阅《工程地质手册》、《岩石力学性质手册》等行业工具书，根据斜坡岩性及风化程度，给出岩体的强度建议值，也可根据单轴压缩试验获取强度值，同时根据S104确定的破裂阶段，对强度值进行不同比例的转换计算，进而确定典型位置所受最大主应力的量值。在本实施例中，当裂纹处在起裂阶段时，定义最大主应力量值为0.3~0.5倍的峰值强度；当裂纹处在扩展阶段时，最大主应力量值为0.5~0.7的峰值强度；当裂纹处在损伤阶段时，最大主应力量值为0.7~0.8的峰值强度。例如：当破裂面连通率约为0.2时，岩体裂纹处于起裂-扩展阶段，判断最大主应力为0.3~0.5倍的峰值强度；当破裂面连通率为0.7~1时，处于扩展-贯通折断阶段，最大主应力为0.7~0.8倍的峰值强度。

对于主应力方向，在坡表位置时，最大主应力方向基本与破裂面（或坡表）平行，垂直于河谷走向。

S108.建立峡谷区斜坡地应力场分布。在本实施例中，利用FLAC3D等数值模拟软件对峡谷斜坡区域，开展应力场反演，以上述典型位置地应力大小和方向为约束，基于多元线性回归原理，改变影响地应力分布的岩体变形模量、泊松比等变形参数，以及加载的应力边界条件等自变量，利用最小二乘法进行系数回归，选取某一自变量组合，使得在这一组合下典型位置地应力的数值模拟值与上述推测值最接近，则以该自变量组合所得到的应力场，即为峡谷区应力场，从而获得峡谷区应力场分布情况。如图3所示。

经过上述方法流程，简单有效准确的建立了峡谷区应力场分布示意图，从而为工程选址和工程岩体稳定性判断提供依据。

以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。