围岩结构面分布的混沌现象研究

研究目的：岩体中的结构面分布十分复杂，传统的分析方法是基于随机假设而进行，却无法分析它们组合分布的特点。本文目的就是通过对结构面混沌特征量研究，揭示出隧道围岩中结构面分布存在一定的混沌特征，从而提出一种新的结构面分布研究方法。研究方法：建立结构面间距、倾向和倾角序列，分别计算3个序列混沌特征量，根据其结算结果判断结构面序列为混沌序列：除定量计算结果外，还可以用功率谱图中的负幂现象、PCA图中的斜率等判断结构面序列具有混沌特征。根据嵌入维和空间延迟对结构面进行相空间重构。研究结果：kolmogorov熵大于0，Lyapunov指数趋于0，关联维为大于3的实数，功率谱图中在低谱部分出现负幂，PCA图具有一定的斜率。嵌入维和空间延迟的计算结果表明结构面可以张成多维空间，嵌入维可取15～19，空间延迟宜取2～6，相空间重构反映了空间分布的折叠和扭曲。研究结论：结构面在空间分布具有混沌特征，且位于混沌边缘。结构面的关联维数与分形维一样也反映了岩体中结构面的分布状态，间距序列的关联维数越大，说明结构面越多，分布越复杂，岩体越破碎。同样产状序列的关联维数越大，说明结构面产状变化越大，优势面方向越多。

Study on Chaos of Discontinuities Distribution in Rock Mass