坐標(biāo)投影圖解法及其在巖石塊體穩(wěn)定分析中的應(yīng)用

前言

　　我國快速的經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中涉及大量的巖石工程，如水利水電領(lǐng)域中的地下廠房、船閘邊坡、壩基工程、采礦業(yè)中的地下采場、礦井和運(yùn)輸巷道、露天礦邊坡、鐵道和公路隧道、路塹邊坡、山區(qū)旅游景點(diǎn)涉及的洞室和陡坡，以及軍工部門的各種巖石工程。在這些巖石工程的設(shè)計和施工過程中，往往會遇到結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)面與臨空間組合切割出來的潛在不穩(wěn)定塊體問題。根據(jù)工程地質(zhì)力學(xué)觀點(diǎn)，巖石工程（無論是巖石地下二r程，還是巖石邊坡工程）的變形破壞規(guī)律基本上都受到巖體結(jié)構(gòu)面的制約。大量工程實(shí)踐表明，由于塊體界面的破壞而導(dǎo)致塊體失穩(wěn)，進(jìn)而影響巖石工程穩(wěn)定或運(yùn)營的實(shí)例是相當(dāng)多的。出于塊體失穩(wěn)研究的需要，孫玉科等在國內(nèi)率先提出有關(guān)塊體破壞的赤平極射投影作圖法，并逐步得到推廣和應(yīng)用，甚至進(jìn)入了規(guī)范和教科書。即使是對于計算機(jī)普遍應(yīng)用的今天來說，針對塊體穩(wěn)定性分析問題而提出來的赤平極射投影作圖法（尤其是它的實(shí)用性）仍然受到重視。換句話說，這種實(shí)用性很強(qiáng)的圖解法仍存在巨大的應(yīng)用空間，所以需要得到進(jìn)一步發(fā)展?！　」こ虒?shí)踐及深入研究表明，赤平極射投影作圖法在角度描述方面具有優(yōu)勢，而在長度描述方面卻存在著不足。所以，當(dāng)采用該方法進(jìn)行塊體穩(wěn)定性分析作圖時，必然存在某些不足。例如，利用該方法難以對所有可能相關(guān)的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行綜合集成；到目前為止，赤平極射投影作圖法僅被用于單塊體作圖，對更為重要的多塊體問題極少涉及；對于塊體出露于非平直臨空面上的曲線描述，赤平極射投影作圖法也缺少手段；在研究地下工程塊體穩(wěn)定性問題時，圍巖對塊體的“夾力”不可忽略，但在赤平極射投影作圖法中難以做到對上述“夾力”的描述和計算；當(dāng)結(jié)構(gòu)面呈現(xiàn)彎曲時，赤平極射投影作圖法缺少描述手段?！　榱私鉀Q赤平極射投影作圖法在塊體研究方面存在的上述問題，本書提出了坐標(biāo)投影圖解法。該方法是以正投影為基礎(chǔ)，吸收赤平極射投影作圖法在“角度”描述方面的優(yōu)勢而形成的，兩者的結(jié)合使其在解決塊體描述和塊體穩(wěn)定性分析的功能方面有了很大的提高。例如，利用該方法可以完成赤平極射投影作圖法在結(jié)構(gòu)面綜合集成、多塊體圖解、塊體出露曲線描述、圍巖對塊體的“夾力”、彎曲結(jié)構(gòu)面的描述等方面難以解決的問題。

內(nèi)容概要

本書介紹了可用于巖石工程中結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)面與臨空面組合和塊體的空間形態(tài)描述及穩(wěn)定性分析的坐標(biāo)投影圖解法，涉及相應(yīng)的原理、方法及其在地下工程、邊坡工程等領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。    本書可供從事巖石工程設(shè)計、施工、科研的有關(guān)人員及大專院校工程地質(zhì)、巖石力學(xué)等相關(guān)專業(yè)的師生參考。

書籍目錄

《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》序《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》編者的話前言第1章　緒論　1.1　巖石工程的一種重要破壞方式——塊體破壞　1.2　單一結(jié)構(gòu)面幾何形態(tài)描述和穩(wěn)定性分析問題　1.3　塊體破壞的主要研究方法和坐標(biāo)投影圖解法的提出　　1.3.1　塊體的幾何條件和塊體破壞的主要研究方法　　1.3.2　在塊體研究方法方面存在的某些問題　　1.3.3　坐標(biāo)投影圖解法的提出  　1.4　坐標(biāo)投影圖解法的研究目的及主要研究內(nèi)容　1.5　坐標(biāo)投影圖解法的特點(diǎn)和主要內(nèi)容　　1.5.1　坐標(biāo)投影圖解法的特點(diǎn)　　1.5.2　坐標(biāo)投影圖解法的主要內(nèi)容第2章　坐標(biāo)投影圖解法形成的基本思路　2.1　坐標(biāo)投影圖解法形成的基本思路　　2.1.1  將正投影與赤平極射投影相結(jié)合以形成坐標(biāo)極射投影作圖　　2.1.2　在統(tǒng)一直角坐標(biāo)系下進(jìn)行的坐標(biāo)投影圖解　　2.1.3  建立一個可對現(xiàn)場結(jié)構(gòu)面和臨空面進(jìn)行綜合集成的平臺　2.2　正投影原理及其三投影面體系　　2.2.1　坐標(biāo)投影中所采用的三投影面體系　　2.2.2　點(diǎn)、線、面在三投影面體系中投影的圖解方法　　2.2.3　從塊體研究角度對正投影圖解法優(yōu)缺點(diǎn)的評價　2.3　赤平極射投影原理及基本圖解方法　　2.3.1　赤平極射投影的概念及吳氏投影網(wǎng)　　2.3.2　赤平極射投影的基本作圖方法及其理論根據(jù)　　2.3.3　關(guān)于塊體幾何條件確定和穩(wěn)定性分析的赤平極射投影作圖法　　2.3.4　赤平極射投影作圖法在塊體研究方面的優(yōu)勢和不足　　2.3.5　坐標(biāo)投影圖解法形成的思路第3章　結(jié)構(gòu)面、新破壞面和臨空面信息的綜合集成及水平切面的圖解方法　3.1　結(jié)構(gòu)面信息　　3.1.1　與巖石工程塊體有關(guān)的結(jié)構(gòu)面類型分析　　3.1.2　結(jié)構(gòu)面的分級　　3.1.3　結(jié)構(gòu)面的自然特性　3.2　新破壞面問題　3.3　結(jié)構(gòu)面信息的綜合集成和水平切面圖的提出　　3.3.1  結(jié)構(gòu)面信息綜合集成的必要性和水平切面圖研究平臺　　3.3.2　水平切面圖的定義及特點(diǎn)　　3.3.3　基本數(shù)據(jù)的量測問題　　3.3.4　水平切面圖的一般圖解方法　　3.3.5　其他相關(guān)問題的討論　　3.3.6　水平切面圖的圖解例子第4章　平面塊體和單一結(jié)構(gòu)面幾何條件的圖解方法　4.1　塊體分類和單一結(jié)構(gòu)面分類　　4.1.1　塊體分類　　4.1.2　單一結(jié)構(gòu)面分類　4.2　塊體和單一結(jié)構(gòu)面的假想剝離　　4.2.1　塊體的假想剝離和可見性判斷　　4.2.2　單一結(jié)構(gòu)面的假想剝離　4.3　巖石工程平面塊體幾何條件的圖解方法　　4.3.1　問題的提出　　4.3.2　輔助體的概念及作圖方法　　4.3.3　塊體頂點(diǎn)的投影作圖方法　4.4　平面塊體頂點(diǎn)圖解與塊體的確定　　4.4.1　地下工程平面塊體的確定　　4.4.2　邊坡工程平面塊體的確定　4.5　單一平直結(jié)構(gòu)面幾何條件的坐標(biāo)投影圖解法　　4.5.1　考慮厚度的平直結(jié)構(gòu)面幾何條件的圖解方法　　4.5.2　不考慮厚度的平直結(jié)構(gòu)面幾何條件的圖解方法第5章　非平面塊體出露曲線的圖解方法　5.1　簡單非平面塊體和復(fù)雜非平面塊體　5.2　非平面塊體出露曲線的坐標(biāo)投影圖解法的原理　　5.2.1　曲線追蹤作圖法　　……第6章  多塊體幾何條件的圖解及塊體邊界面積和體積的確定第7章　用于塊體力系分析的坐標(biāo)投影圖解法第8章　塊體穩(wěn)定性分析的坐標(biāo)設(shè)影圖解法第9章　坐標(biāo)投影圖解法計算機(jī)化及實(shí)現(xiàn)方法第10章　坐標(biāo)投影圖解法的實(shí)際工程應(yīng)用參考文獻(xiàn)結(jié)束語

章節(jié)摘錄

　　第2章　坐標(biāo)投影圖解法形成的基本思路　　理論研究和大量的巖石工程實(shí)踐表明，對結(jié)構(gòu)面和臨空面切割而成的塊體進(jìn)行穩(wěn)定性分析是很復(fù)雜的。一般可分為四個步驟：首先是地質(zhì)工作，詳細(xì)劃分巖體結(jié)構(gòu)，定出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)類型并找出控制性結(jié)構(gòu)面及其與臨空面組合條件下切割的各種塊體，同時予以初步的定性評價；其次，針對有關(guān)主要結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體進(jìn)行必要的現(xiàn)場力學(xué)試驗(yàn)，并考慮專家經(jīng)驗(yàn)以確定它們的力學(xué)指標(biāo)，如果現(xiàn)場力學(xué)試驗(yàn)條件不具備，則可考慮實(shí)驗(yàn)室?guī)r塊試驗(yàn)，此時則更加需要倚重專家經(jīng)驗(yàn)；接著，確定各塊體的幾何形狀、規(guī)模、空間位置等條件，并分析邊界作用力；再次，從不同角度，利用各種方法作塊體穩(wěn)定性分析，并結(jié)合地質(zhì)分析提出巖石工程地質(zhì)力學(xué)的綜合性評價。其中，有關(guān)塊體的形狀、大小、空間位置、塊體界面面積、體積以及各塊體相互關(guān)系等，可稱為塊體的幾何條件。在一般情況下，塊體的幾何條件（特別是多塊體的幾何條件）是十分復(fù)雜的。然而，作為塊體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，全面解決確定塊體幾何條件的問題就顯得十分重要。

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