岩体不连续贯通度(discontinuity persistence)的窗口取样方法

1 引言

不连续贯通度(discontinuity persistence)是指一个平面内不连续面的面积范围或尺寸，其中完整的岩段被称为 "岩桥"。贯通度对不连续面内形成的抗剪强度产生重大影响，是最重要的岩体参数之一，因为它与间距一起决定了可从岩面滑落的岩块的大小。遗憾的是，贯通度是较难测量的参数之一，因为往往只有一小部分不连续面可见。

最近十年，一些计算机辅助技术用来测量不连续的贯通度，例如数字摄影测量(digital photogrammetry), 地面激光雷达(ground-based LiDAR)和数字迹长测绘(digital trace mapping)等。不过，这些技术还不能完全代替手工测绘。而且，对于地质工程师来说，掌握现场的手工测量方法还是非常有必要的。

传统的手工测量方法主要有两种：一种是扫描线(Scanline)方法，如下图所示；另一种是窗口取样方法(window sampling methods)。本文主要讨论窗口取样方法。 

2 文献回顾

在讨论窗口取样方法之前进行了数据聚合，主要的文献数据集中在文件Discontinuity Persistence.txt；因为不连续贯通度与岩桥密切相关，因此岩桥的文献聚合也有助于这个论题的讨论。此外，“\岩石力学\discontinuity persistence，\岩石力学\synthetic rock mass，\岩石力学\Step-Path-Failure” 三个文件夹包含了相关的pdf文献。 

3 窗口取样法

窗口取样方法用于对某一岩面裸 露的不连续性进行取样。其前期工作和测量技术与扫描线测量类似，只是所有的不连续性都是在限定的区域内测量，而不是扫描线的交点， 称之为“测窗”。为了设置窗口取样，在露头处定义一个矩形区域。测窗应足够大以减少取样偏差，每边与30～100个不连续点相交。

Pahl (1981)提出的窗口取样方法在岩石工程中广泛使用。其取样步骤如下：

(1) 在岩面上定义一个测绘区域，尺寸为L1和L2，如上图所示。

(2) 统计该区域内倾角为的不连续总数(N'')，在这个图中N''=14；统计包含在窗口中的不连续, 不连续的两端在采样窗口中都可见，在这个图中Nc=5; 统计横穿窗口的不连续，不连续的两端在采样窗口中都不可见，在这个图中Nt=4。

(3) 用下面的公式计算出不连续的平均长度。

这个计算过程可以使用一个简单的EXCEL文件来替代。

这种估计不连续平均迹长(mean trace length)的方法仅对不连续数进行统计，不必测量单个不连续的长度，因而在现场工作更节省时间。

3 参考文献

[1] Lambert C, Thoeni K, Giacomini A, Casagrande D, Sloan S (2012) Rockfall hazard analysis from discrete fracture network modelling with finite persistence discontinuities. Rock Mech Rock Eng 45(5):871–884

[2] Tuckey, Z., D. Stead, M. Havaej, F. Gao, and M. Sturzenegger. (2012) “Towards an Integrated Field Mapping-Numerical Modelling Approach for Characterising Discontinuity Persistence and Intact Rock Bridges in Large Open Pits,” in GeoManitoba, Building on the Past (Proceedings, 65th Canadian Geotechnical Conference, Winnipeg, September 30-October 3, 2012), Paper 182. Toronto: Canadian Geotechnical Society.

[3] Tuckey, Z. (2012) An Integrated Field Mapping-Numerical Modelling Approach to Characterising Discontinuity Persistence and Intact Rock Bridges in Large Open Pit Slopes. MS Thesis, Simon Fraser University.

[4] Pahl, P.J., 1981. Estimating the mean length of discontinuity traces. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 18 (3), 221–228. 

[5] Wyllie, D.C. (2004). Rock Slope Engineering in Civil Applications. Taylor and Francis Group, London. 5th Edition. 621 pages.

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