论文摘要
裂隙岩体中普遍存在的小尺度裂隙常构成地下流体和放射性核素运移通路,对岩体渗流特征及稳定性具有重要影响。本文以我国高放废物地质处置库北山芨芨槽预选岩体中的小尺度裂隙为研究对象,运用概率论和数理统计学理论方法对实测裂隙数据的几何参数进行统计分析,获取芨芨槽测区裂隙几何参数的统计特征。研究取得的主要成果如下：（1）传统产状分组方式主观性强,数据量大时辨识优势组困难。采用三种客观分组算法（Shanley-Mahtab算法、谱聚类算法和模糊聚类算法）识别实测区域优势裂隙组,并比较三种算法的适用性。Shanley-Mahtab算法以组内和组间距离作为最优分组数的判定标准,但处理非密点的方式还有待进一步研究,作者认为将非密点划入与之最近的密点中心所属组更为合理。谱聚类算法不存在最优分组数判别方法,比例系数取值也具有一定主观性。模糊聚类算法具备确定最佳分组数的方法,并可处理不同属性的数据。作者在模糊聚类现有算法基础上做了一定改进,通过设定阈值能够有效识别出明显不属于各组的离散点,从而保证各组统计结果更为准确。（2）利用Monte-Carlo模拟技术,探究了两种公式（Zhang公式和Tonon公式）由迹长数据推断裂隙尺寸（概化为圆盘直径）的可靠性及各模型参数对估值的影响。结果表明：迹长与直径概率分布形式不能保持一致；Zhang公式得到的最佳直径分布形式与迹长概率分布形式基本一致,而Tonon公式得到的直径分布并不服从某一己知理论概率分布形式,并且存在直径最小值；两种公式对直径均值的估计在实值上下波动,其估值精度可由Bootstrap方法估计得到；迹长均值与直径均值相当或更大；估值精度还取决于迹长样本是否具有代表性。模型各参数对两种公式的估值精度影响程度不一；两种公式可以得到直径均值、方差及直径概率分布形式的粗略而不失准确性的估计；两种公式对直径均值的估计值普遍偏小,而Zhang公式对直径方差的估计比较准确；Tonon公式对直径均值的估值稳定性比Zhang公式略好。利用Veneziano方法可以生成与Tonon公式计算得到的直径概率分布形式相似的裂隙直径样本。（3）利用平面点分布理论模型分析平面点分布对裂隙迹长估值的影响,结果表明：平面点分布的均匀性是影响窗口法平均迹长估计的最主要因素,当平面点分布为非均匀分布时,平均迹长随窗口尺寸增大而逐渐偏离预先设定值；当平面点分布为均匀分布时,无论点之间是否具有相关性,平均迹长随窗口尺寸增大均会趋于稳定并逼近设定值。利用Pearson卡方检验方法可以确定平面点分布是否满足均匀泊松分布的假设,而进一步利用点分布描述函数可以有效识别点分布模式,选取不同点分布模型能够再现露头迹线中点分布的主要特征。（4）通过实地观察及产状分组,芨芨槽测区内普遍发育走向为lNNE-NEE向以及NWW-NW向两组优势裂隙,部分区域还发育一组走向为近NS向的优势裂隙。A、B两测区裂隙组平均倾角均小于70°,而其他各测区裂隙组平均倾角多在70°-800之间。绝大多数优势组裂隙迹长均可由对数正态分布进行表征,其他迹长可由Gamma分布表征；各区各组裂隙迹长的均值-标准差、均值-变异系数等参数之间,以及迹长与产状之间均存在一定的相关关系。迹长均值大于3.5m的裂隙组其倾向在200°～360°之间,而倾角大于70°的裂隙组迹长均值基本小于3.0m。（5）利用北山16号深钻孔编录资料绘制裂隙密度随深度变化曲线,发现300-465m范围内裂隙密度比其他段裂隙密度大,地质统计分析表明裂隙密度在深度方向上的分布具有一定的空间变异特征。长大裂隙在芨芨槽测区是普遍存在的现象,迹长大于10m的裂隙应作为独立样本进行统计分析。