结构面张量研究

根据2.3节给出的结构面张量参数计算公式，进行不同尺寸不同位置岩体中结构面系统的结构面张量计算。定义坐标系统为x轴方向为东，y轴方向为北，z轴方向为竖直向上。岩体中结构面系统的结构面张量参数随岩体尺寸的变化规律如图2-14所示。图2-14(a)至(d)分别为结构面张量参数Fxx、Fyy、Fzz和I1随岩体尺寸的变化规律，其中同一样式的标记代表同一尺寸不同位置岩体的结构面张量参数计算结果。表2-9和图2-14(e)给出了不同位置处各尺寸岩体的Fxx、Fyy、Fzz和I1均值随岩体尺寸的变化规律。对各组结构面的产状进行分析可知，第一组结构面的平均产状为190.73°∠74.26°，该组结构面近似垂直于y轴(北)，对Fyy贡献最大;第二组结构面的平均产状为302.56°∠67.55°，该组结构面对Fxx贡献最大;第三组结构面的平均产状为247.74°∠51.95°，该组结构面对Fxx、Fyy、Fzz均有贡献，但对Fxx贡献最大;第四组结构面的平均产状为69.66°∠29.99°，该组结构面对Fzz贡献最大。因此单纯从产状来看，该研究地区结构面的空间分布较为均匀，结构面张量在x、y、z三个方向分量的大小关系并不明显。

图2-14　岩体中结构面系统的结构面张量参数随岩体尺寸的变化规律

从表2-9计算结果可知，各尺寸岩体中结构面张量方向分量的大小关系发生交替变化，当岩体尺寸小于等于5.5m时，Fxx＞Fzz＞Fyy;当岩体尺寸为7.2～11.5m时，Fxx＞Fyy＞Fzz;当岩体尺寸大于等于14.5m时，结构面张量各方向分量之间的差别明显增大，大小关系为Fzz＞Fxx＞Fyy。其原因主要为，当岩体尺寸增加时，岩体中包含的第四组结构面(层面)数量逐渐增加，并逐渐在所有结构面中起主导作用，最终随着岩体尺寸的继续增加，这种主导作用持续并保持稳定。从图2-14(e)可以看出，当岩体尺寸从4m增加到18m时，岩体中的结构面张量参数随模型尺寸的增加而逐渐增大，当岩体尺寸大于18m时，岩体中的结构面张量参数趋于稳定。

表2-9　各尺寸岩体模型中的结构面张量参数值

注:表中的参数值均为不同位置处该尺寸岩体中结构面张量参数的均值。