基于迹线确定岩体结构面产状的方法

摘要

本发明公开了一种基于迹线确定岩体结构面产状的方法，属于岩体测量技术领域，提供新的基于迹线确定岩体结构面产状的方法，尤其适用于开挖方向与结构面走向呈小角度相交的岩体开挖工程。本发明所述基于迹线确定岩体结构面产状的方法，无需使用地质罗盘，因此能够很好地应用于岩体开挖过程中岩体结构面出露面积小、罗盘无法紧贴结构面进行测量的情况，同时，本发明所述的方法也不会受到磁场干扰；因此可获得准确的结构面产状信息。

权利要求

1.基于迹线确定岩体结构面产状的方法，该基于迹线确定岩体结构面产状的方法是针对岩体结构面走向与开挖方向相交角度为0～30°的开挖工程；其特征在于：包括对岩体结构面走向的测量方法，所述岩体结构面走向的测量方法包括如下步骤：A、在开挖过程中，选取其中一开挖面作为第一开挖平面(1)，在第一开挖平面(1)中选取其中一岩体结构面作为测量结构面(2)，所述测量结构面(2)与第一开挖平面(1)形成的交线为第一交线(3)，在第一交线(3)上选取第一测量点A；选取一与开挖方向平行的竖平面作为参照面(4)；测量所述第一测量点A的高程H1和第一测量点A至参照面(4)的水平距离L1；

B、沿开挖方向继续开挖一定距离ΔL后将对应的开挖面作为第二开挖平面(5)，所述测量结构面(2)与第二开挖平面(5)形成的交线为第二交线(6)，取第二交线(6)上高程为H1所对应的点为第二测量点B；测量所述第二测量点B至参照面(4)的水平距离L2；

C、取α为岩体结构面走向与开挖方向之间的夹角，并且有：

D、根据开挖方向以及上述夹角α，得到岩体结构面的走向。

2.如权利要求1所述的基于迹线确定岩体结构面产状的方法，其特征在于：还包括对岩体结构面倾角的测量方法，所述岩体结构面倾角的测量方法在上述岩体结构面走向的测量方法的基础上，还包括如下步骤：在所述第一交线(3)上距第一测量点A一定距离的位置选取第三测量点C；测量第一测量点A与第三测量点C在第一开挖平面(1)内的水平向间距M和竖向间距N；取θ为岩体结构面的倾角，并且有：

3.如权利要求1所述的基于迹线确定岩体结构面产状的方法，其特征在于：还包括对岩体结构面倾角的测量方法，所述岩体结构面倾角的测量方法在上述岩体结构面走向的测量方法的基础上，还包括如下步骤：在所述第二交线(6)上距第二测量点B一定距离的位置选取第四测量点D；测量第二测量点B与第四测量点D在第二开挖平面(5)内的水平向间距Q和竖向间距P；取θ为岩体结构面的倾角，并且有：

4.如权利要求1所述的基于迹线确定岩体结构面产状的方法，其特征在于：还包括对岩体结构面倾角的测量方法，所述岩体结构面倾角的测量方法在上述岩体结构面走向的测量方法的基础上，还包括如下步骤：测量所述第一交线(3)在第一开挖平面(1)的倾角γ；取θ为岩体结构面的倾角，并且有：

5.如权利要求4所述的基于迹线确定岩体结构面产状的方法，其特征在于：所述倾角γ的大小可通过测量所述第二交线(6)在第二开挖平面(5)的倾角获得。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的基于迹线确定岩体结构面产状的方法，其特征在于：结合岩体结构面走向和第一交线(3)在第一开挖平面(1)内的偏向或者结合岩体结构面走向和第二交线(6)在第二开挖平面(5)内的偏向，得到岩体结构面的倾向。

说明书

基于迹线确定岩体结构面产状的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及岩体测量技术领域，尤其涉及一种基于迹线确定岩体结构面产状的方法。

背景技术

[0002] 岩体结构面产状是岩体工程地质研究的一项重要内容，其主要包括三大要素，分别是：走向：结构面与水平面的交线为该结构面的走向线，走向线两端所指方向即为结构面的走向；倾向：垂直于走向线，沿倾斜结构面向下方所引的直线为该结构面的倾斜线，倾斜线在水平面上的投影线所指的方向即为结构面的倾向；倾角：倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角即为结构面的倾角。

[0003] 目前，常规的方式是采用地质罗盘等工具对岩体的结构面产状的相应要素进行测量。但是，在一些开挖工程中，开挖方向与岩体结构面走向呈小角度相交；其中，当开挖方向与岩体结构面走向之间的夹角为0～30°时，即认为二者呈小角度相交，此时，开挖面与岩体结构面之间的夹角为60～90°；其中，开挖面指开挖过程中沿开挖方向向前推进的工作面，其与开挖方向相垂直。在此类岩体开挖工程中，由于开挖面与岩体结构面走向之间的夹角介于90°附近，因此在任一开挖面上的岩体结构面出露的面积均非常小，导致无法直接将地质罗盘贴到岩层结构面上，进而无法直接对岩体结构面的产状进行测量。目前对于上述情况的处理方式，通常是根据个人主观感觉大致确定一个方向后利用地质罗盘进行测量，但这种测量方式的准确性难以保证。另外，施工现场往往存在大量金属物件，如台车、锚杆、钢筋等，地质罗盘容易受到磁场干扰，这也会导致其测量结果不准确。

发明内容

[0004] 本发明解决的技术问题是提供一种新的基于迹线确定岩体结构面产状的方法，尤其适用于开挖方向与结构面走向呈小角度相交的岩体开挖工程。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于迹线确定岩体结构面产状的方法，包括对岩体结构面走向的测量方法，所述岩体结构面走向的测量方法包括如下步骤：

[0006] A、在开挖过程中，选取其中一开挖面作为第一开挖平面，在第一开挖平面中选取其中一岩体结构面作为测量结构面，所述测量结构面与第一开挖平面形成的交线为第一交线，在第一交线上选取第一测量点A；选取一与开挖方向平行的竖平面作为参照面；测量所述第一测量点A的高程H1和第一测量点A至参照面的水平距离L1；

[0007] B、沿开挖方向继续开挖一定距离ΔL后将对应的开挖面作为第二开挖平面，所述测量结构面与第二开挖平面形成的交线为第二交线，取第二交线上高程为H1所对应的点为第二测量点B；测量所述第二测量点B至参照面的水平距离L2；

[0008] C、取α为岩体结构面走向与开挖方向之间的夹角，并且有：

[0009] D、根据开挖方向以及上述夹角α，即可得到岩体结构面的走向。

[0010] 进一步的是：还包括对岩体结构面倾角的测量方法，所述岩体结构面倾角的测量方法在上述岩体结构面走向的测量方法的基础上，还包括如下步骤：在所述第一交线上距第一测量点A一定距离的位置选取第三测量点C；测量第一测量点A与第三测量点C在第一开挖平面内的水平向间距M和竖向间距N；取θ为岩体结构面的倾角，并且有：

[0011] 进一步的是：还包括对岩体结构面倾角的测量方法，所述岩体结构面倾角的测量方法在上述岩体结构面走向的测量方法的基础上，还包括如下步骤：在所述第二交线上距第二测量点B一定距离的位置选取第四测量点D；测量第二测量点B与第四测量点D在第二开挖平面内的水平向间距Q和竖向间距P；取θ为岩体结构面的倾角，并且有：

[0012] 进一步的是：还包括对岩体结构面倾角的测量方法，所述岩体结构面倾角的测量方法在上述岩体结构面走向的测量方法的基础上，还包括如下步骤：测量所述第一交线在第一开挖平面的倾角γ；取θ为岩体结构面的倾角，并且有：

[0013] 进一步的是：所述倾角γ的大小也可通过测量所述第二交线在第二开挖平面的倾角获得。

[0014] 进一步的是：结合岩体结构面走向和第一交线在第一开挖平面内的偏向或者结合岩体结构面走向和第二交线在第二开挖平面内的偏向，得到岩体结构面的倾向。

[0015] 本发明的有益效果是：本发明所述方法无需使用地质罗盘，因此能很好地应用于岩体开挖过程中岩体结构面出露面积小、罗盘无法紧贴结构面进行直接测量的情况，尤其适用于开挖方向与结构面走向呈小角度相交的岩体开挖工程；同时，本发明所述的方法也不会受到磁场干扰；因此可在现场存在金属物件的条件下获得准确的结构面产状信息。

附图说明

[0016] 图1为以隧洞掘进开挖为例的俯视图；

[0017] 图2为图1中第一开挖平面的截面示意图；

[0018] 图3为图1中第二开挖平面的截面示意图；

[0019] 图4为A、B两测量点在俯视方向的示意图；

[0020] 图5为以A点作为原点建立的三轴坐标系的轴侧视图；

[0021] 图6为以B点作为原点建立的三轴坐标系的轴侧视图；

[0022] 图中标记为：第一开挖平面1、测量结构面2、第一交线3、参照面4、第二开挖平面5、第二交线6、隧洞7、第一测量点A、第二测量点B、第三测量点C、第四测量点D。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

[0024] 如图1至图4中所示为一隧洞开挖项目的具体实施例的示意图，本发明所述的基于迹线确定岩体结构面产状的方法，其中隧洞的开挖方向与岩体结构面呈小角度相交，其中小角度相交，指的是开挖方向与岩体结构面的走向大致同向，其夹角通常小于30°；相应的，与开挖方向垂直的开挖面则与岩体结构面的走向呈近垂直状态，一般介于60°至90°之间；而迹线则指的是岩体结构面在开挖面上所呈现的轨迹线。本发明所述的基于迹线确定岩体结构面产状的方法，包括对岩体结构面走向的测量方法，所述岩体结构面走向的测量方法包括如下步骤：

[0025] A、在开挖过程中，选取其中一开挖面作为第一开挖平面1，在第一开挖平面1中选取其中一岩体结构面作为测量结构面2，所述测量结构面2与第一开挖平面1形成的交线为第一交线3，在第一交线3上选取第一测量点A；选取一与开挖方向平行的竖平面作为参照面4；测量所述第一测量点A的高程H1和第一测量点A至参照面4的水平距离L1；

[0026] B、沿开挖方向继续开挖一定距离ΔL后将对应的开挖面作为第二开挖平面5，所述测量结构面2与第二开挖平面5形成的交线为第二交线6，取第二交线6上高程为H1所对应的点为第二测量点B；测量所述第二测量点B至参照面4的水平距离L2；

[0027] C、取α为岩体结构面走向与开挖方向之间的夹角，并且有：

[0028] D、根据开挖方向以及上述夹角α，即可得到岩体结构面的走向。

[0029] 其中，对于第一开挖平面1的选取，理论上并没有任何限制，一般而言，可根据实际情况，在需要进行岩体结构面产状测量工作时，适当选取相应的开挖面作为第一开挖平面1。在确定第一开挖平面1后进行相应的测量时，应当停止开挖工作，然后测量人员在第一开挖平面1上根据情况选取其中一岩体结构面作为测量结构面2。由于本发明针对的是结构面走向与开挖方向小角度相交的开挖工程，因此在整个开挖面上，其各岩体结构面将呈附图2和3中所示的条带状，参照附图中所示；可选取其中一岩体结构面作为测量结构面2，相应的所述测量结构面2与第一开挖平面1的交线为第一交线3，如图2中所示的粗实线部分即为第一交线3，相应的该第一交线3即为相应的测量结构面在第一开挖面1上的迹线。然后，再在第一交线3上选取第一测量点A；第一测量点A的选取也并没有限制，一般选取便于进行相应测量的位置即可。岩体中的结构面，是指岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，如层面、沉积间断面、节理、断层、厚度较薄的软弱夹层等；上述测量结构面走向过程中选取的测量结构面为一层面；当然，理论上其也可为其它类型的与开挖方向小角度相交的任一结构面。而对于参照面4，其是用于之后测量第一测量点A至该参照面4的水平距离L1以及后续测量第二测量点B至该参照面4的水平距离L2。
参照面4应当满足为竖直平面，并且其应当与开挖方向平行；例如附图2至图4中所示，为选取的开挖隧洞7其中一侧的竖直侧壁作为参照面4。

[0030] 在对第一开挖平面1进行相应的测量后，可继续进行开挖掘进工作，当继续开挖一定距离ΔL后，选取相应的开挖面作为第二开挖平面5；然后在第二开挖平面5上选取出相应的第二交线6；当然，上述一定距离ΔL必然要求ΔL＞0，同时ΔL的具体长度理论上并没有严格限制，可根据实际情况而定，只要保证第二交线6始终位于第二开挖平面5内即可。需要注意的是，为了保证测量结果的准确性，要求确保第二开挖平面5上的第二交线6为第二开挖平面5与测量结构面2的交线，即该测量结构面2在第二开挖平面5上的迹线。当然，不失一般性，由于测量结构面2在开挖面上的位置会随着开挖的进行而随之变化，因此为了实现对测量结构面2的准确辨认，以便准确地确定出第二交线6，可以在步骤A中，在第一开挖平面1上进行初次选取测量结构面2时，选取便于识别或者具有一定特点的结构面作为测量结构面2或者也可在开挖过程中不断地观察和记录测量结构面2的位置变化情况，以确保在第二开挖平面5上能准确的确认出第二交线6。在确认出第二交线6之后，即可在第二交线6上高程为H1的位置选取出第二测量点B，然后测量出第二测量点B至参照面4的水平距离L2。

[0031] 需要指出的是，上述所述第一测量点A的高程H1，理论上指第一测量点A的海拔高度或者相对某一基准水平面而言的高度差。本发明中，测量第一测量点A的高程H1，其实际目的是用于在第二交线6上选取出相同高程位置的B点；即是为了保证A、B两点在同一水平面上。因此，除了采用海拔高度作为高程H1以外也可将对高程H1的测量借助相应的参照水平面来实现；如在附图2和3中所示的情况，当开挖隧洞的底面为一水平面时，可通过测量第一测量点A至隧洞底面之间的距离作为H1，然后用于确定B点的位置，即B点至隧洞底面之间的距离也应当为H1，这样即可确保A、B两点在同一水平面上。

[0032] 通过上述测量后，参照附图4中所示，其中AB线段所在的直线，实际即为岩体结构面的走向线；而由于开挖方向一般是在工程项目设计时就已经确定的，因此只需要获知走向线与开挖方向的夹角α后即可获知岩体结构面的走向。其中夹角α可通过下面方式计算得到，参照附图4中所示，有 因此，本发明中只需要测量并得到相应的L1、L2和ΔL后即可计算出相应的夹角α，然后结合开挖方向，即可得到岩体结构面的走向；其中，开挖方向指的是开挖隧洞的轴线方向在水平面上的投影方向。

[0033] 另外，本发明所述的基于迹线确定岩体结构面产状的方法，除包括上述对岩体结构面走向的测量方法外，还包括对岩体结构面倾角的测量方法，所述岩体结构面倾角的测量方法在上述岩体结构面走向的测量方法的基础上可结合如下三种不同方式实现：

[0034] 第一种为，进一步在所述第一交线3上距第一测量点A一定距离的位置选取第三测量点C；测量第一测量点A与第三测量点C在第一开挖平面1内的水平向间距M和竖向间距N；取θ为岩体结构面的倾角，并且有： 具体可参照附图5中所示。

[0035] 第二种为，进一步在所述第二交线6上距第二测量点B一定距离的位置选取第四测量点D；测量第二测量点B与第四测量点D在第二开挖平面5内的水平向间距Q和竖向间距P；取θ为岩体结构面的倾角，并且有： 具体可参照附图6中所示。

[0036] 第三种为：进一步测量所述第一交线3在第一开挖平面1的倾角γ；取θ为岩体结构面的倾角，并且有： 其中，上述倾角γ的大小也可通过测量所述第二交线6在第二开挖平面5上的倾角获得；即第一交线3在第一开挖平面1的倾角实际应当与第二交线6在第二开挖平面5上的倾角相等。具体可参照附图5或6中所示。

[0037] 下面以附图5中所示为例，阐述岩体结构面倾角的测量方法的具体计算原理：首先以第一测量点A作为原点建立三轴坐标系A-XYZ；且以XAY平面为水平面，同时Y方向为工程开挖方向所在方向。相应的XAZ平面即为第一开挖平面1，而过B点且与XAZ平面平行的平面为第二开挖平面5；此时有A、C两点均位于第一开挖平面1内，A、B两点均位于XAY平面内；以C点做X轴的垂线CE，且交点为E，以E点做AB所在直线的垂线EF，且交点为F；此时有，A、B、C三点所确定的平面即为测量结构面2，AB所在直线为走向线，角∠EFC即为岩体结构面的倾角θ，角∠YAB即为上述测得的夹角α；此时结合三角函数关系即可计算并得出另外，若规定角∠CAE为倾角γ，则也可以计算并得出 因此，在上述已经计算得出夹角α的情况下，只需要再测量出相应的N值和M值或者测量出γ的角度大小，即可计算出岩体结构面的倾角θ的值，这样即可获知岩体结构面的倾角参数。同理，上述第二种方式参照附图6中所示，也可得出相应的岩体结构面的倾角θ的公式，此时也只需要测量出相应的P值和Q值或者测量出γ对应的角度值大小后
即可计算出岩体结构面的倾角θ的值。而上述N值和M值或倾角γ的值或者P值和Q值等，均可对应地在第一开挖平面1及第二开挖平面5内直接通过相应的测量工具测得，而且测量过程只需要用到如直尺、角度尺等常规的测量工具即可；因此可非常方便地进行测量。

[0038] 最后，还可结合岩体结构面走向和第一交线3在第一开挖平面1内的偏向，得到岩体结构面的倾向。其中所谓第一交线3在第一开挖平面1内的偏向，指的是在正对第一开挖平面1时，相对于竖直方向该第一交线3朝向结构面下坡方向是向左侧偏斜还是向右侧偏斜，如参照附图2中所示，测量人员可通过现场的直接观测得到第一交线3是向左侧偏斜的情况；当然，如果第一交线3大致竖直，导致测量人员不便于通过直接观测得到其偏向时，可借助其倾角γ的测量结果得到其偏向。另外，在特殊情况下，如当第一交线3为竖直的情况时，则表明岩体结构面是竖直的结构，因此其并没有倾向。同理，也可结合岩体结构面走向和第二交线6在第二开挖平面5内的偏向，得到岩体结构面的倾向。

[0039] 上述确定倾向的具体计算过程如下：以附图5中所示为例，并且假设开挖方向为正北方向，即图5中的y方向为正北方向；当得到岩体结构面的走向后，参照附图5中所示，其岩体结构面的走向为NE方向(北偏东方向)，同时将与开挖方向大致同向的方向设定为前方；此时结合第一交线3是向左侧偏斜的情况，则可得到岩体结构面的倾向为NW方向(北偏西方向)；而假如第一交线3是向右侧偏斜的情况时，则可以得到岩体结构面的倾向为SE方向(南偏东方向)。同理，当其岩体结构面的走向为NW方向(北偏西方向)的情况下，若此时第一交线3是向左侧偏斜的情况，则可得到岩体结构面的倾向为SW方向(南偏西方向)；而假如第一交线3是向右侧偏斜的情况时，则可以得到岩体结构面的倾向为NE方向(北偏东方向)。当然，由于倾向垂直于走向，因此，在得到倾向的大概方向后，结合走向的具体角度，即可得到倾向的具体角度。

[0040] 最后，还需要指出的是，在附图5中的CF线段或者在附图6中的DF`线段所在直线即为倾斜线所在直线，同时EF线段或者E`F`所在直线实际即为岩体结构面的倾向所在直线。