岩体隧道施工诱发的关键块体三维模型及其验证

在岩体隧道工程岩体结构面的观测基础上,研究了结构面三维模型及网络模拟技术,通过不连续面网络图模拟真实岩体的几何特征,讨论了两种块体搜索方法,即根据确定结构面参数搜索确定块体和根据节理面网络图搜索随机块体的方法.引入概率理论对被节理切割的岩体中关键块进行了分析,采用蒙特卡罗法和面向对象的编程技术,给出了基于统计原理的岩体不连续面三维计算机模拟方法.建立了岩体工程适用的块体搜索和计算模型,实现岩体隧道工程的关键块体计算机搜索、三维显示和旋转等.     

基于覆盖技术的块体搜索及程序开发

基于单元块体间相互覆盖构建独立块体的原理,探讨块体搜索问题.研究了同向面、异向面的覆盖原理和方法,给出了包括三维结构面网格划分、结构面与边界面的交线分析、关键块体搜索等切割搜索过程.提出一种基于覆盖技术的块体搜索新方法,并将该搜索技术接入自主开发的三维数值分析系统GeoSMA-3D,进行块体搜索.同时,通过工程实例进一步验证了覆盖技术的有效性和软件GeoSMA-3D的优越性.     

基于空间块体表征的岩质边坡稳定性综合评价

将关键块体理论与模糊理论相结合,对于岩质边坡的稳定性进行了综合评价.选取抚顺露天矿南帮典型坡段,对岩坡的物理力学参数进行测定,并运用自主研发的关键块体搜索系统——GeoSMA-3D (Geotechnical Structure and Model Analysis-3D)进行关键块体的搜索与表征,根据表征特点进行评价参数的选择,最后运用基于AHP的模糊综合评价技术,引入总体稳定性系数,对边坡稳定性进行了客观定量的评价.最后通过VTK技术实现了边坡稳定性可视化平台的构建,为后续的边坡加固及灾害防治提供了可靠依据.     

岩体结构面精细化空间模型及块体失稳分析

提出了将确定性结构面与随机结构面相结合来模拟岩体结构面的方法.确定性结构面依据工程地质勘测等资料通过多源数据耦合获得;而随机结构面则根据采用数字摄像测量技术现场测量的数据,运用三维网络模拟技术生成.同时引入结构面动态校核机制,利用掘进开挖过程中不断测量得到的数据对模拟的结构面进行动态校核及实时调整,从而建立比较精细的结构面空间模型.基于上述结构面模型,采用作者自行研发的GeoSMA-3D系统可以搜索出失稳块体,这对工程岩体稳定性预报和动态设计施工都有重要意义.     

岩体空间结构体的计算机识别

在岩体的开挖过程中,岩体的结构面与开挖临空面极易构成威胁工程的不稳定块体,影响边坡、隧道、地下洞室等工程的稳定性,因此如何根据开挖面上结构面出露特征快速确定这些不稳定块体,对工程设计、施工及支护都具有重要意义。本文在得知结构面参数(结构面的倾角α、其倾向β以及结构面上任意点的坐标P(X0,Y0,Z0)或平面上不在同一条直线上三个点坐标)情况下,采用计算几何理论,解决了块体的快速搜索与识别问题,运用C++语言编程,实现了四面体、五面体、六面体和七面体四种常见可能滑动块体的快速搜索与识别,计算出面积和体积,并利用OpenGl实现块体可视化,为关键块体稳定性分析以及支护参数的确定奠定基础。     

基于钻孔摄影方法的岩体中结构面连通性分析

将钻孔摄影方法推广到多孔结构面连通中，从结构面产状、地质特征等角度提出了连通性判别依据，并运用龙江特大桥桥基摄像勘察结果检验了该方法的可行性.其中，选择了位于大桥一侧的3个钻孔，在对孔内的结构面地质特征、产状等参数进行分析和计算的基础上，根据结构面连通原理进行对比和筛查，共得到3组2孔连通结构面和2组3孔连通结构面.结果表明，所有可连通结构面产状相似、空间位置满足共面的要求，并且组成结构面的岩体及周围环境岩体特征相似.将基于钻孔摄影技术的结构面连通方法用于该工程中可行.
     

基于不稳定块体失效概率的开挖面稳定性分析

基于团队开发的空间网络模型,利用一般块体理论进行块体分析,可以得到开挖面上不稳定块体的安全系数、体积及其棱长.利用棱长和迹长推出块体生成概率,并与安全系数一起求出块体失效概率.然后将失效概率大于失效标准的块体定为失效块体,并提出将开挖面上失效块体体积占所有不稳定块体体积的比例作为评价开挖面稳定性的指标,从而提出基于不稳定块体失效概率的开挖面稳定性分析方法.基于一个实际边坡工程,利用上述方法对其进行开挖面稳定性分析.     

无人机摄影测量边坡结构面及块体稳定分析

为提高边坡结构面信息获取过程的安全性及测量结果的准确性,采用无人机多角度摄影测量获取结构面信息,得边坡结构面坐标以及出露迹线长.利用动态控制的相容Delaunay三角剖分对模型进行三角网格化,结合块体生成规则对边坡临空面出露块体进行稳定性分析,识别坡面出露关键块体,并利用GeoSMA-3D系统验证方法的可行性及精度.研究结果表明:点云切割最大关键块体为38.5748m³,GeoSMA-3D切割最大关键块体为38.5617m³,位置均在坡体中央位置,拟合效果良好.对于不规则碎裂岩质边坡,三维点云切割可以更好地表征边坡的块体位置,对于指导关键块体治理具有一定优势.     

岩体结构面网络模拟及工程应用研究

结构面网络模拟是应用Monte-Carlo随机模拟原理对岩体结构面产状、迹长、间距、密度等随机形态参数进行随机抽样、随机变换、归一化处理等,获得这些参数的统计规律,预测区域内岩体的结构特征,可对岩体结构参数进行估算、对岩体结构特征、完整性进行分析。本文讨论其基本原理并对其工程应用进行研究。     

随机结构面切割岩质边坡空间块体模型及关键块体分析

在现场结构面非接触摄影技术采集的基础上,提出基于虚拟网格的、采用随机结构面切割岩体的方法,建立了岩质边坡空间块体模型.并将该模型接入作者团队自主开发研制的三维数值分析系统GeoSMA-3D,进行岩质边坡关键块体搜索和分析.算例表明:该模型具有可以动态添加结构面、易于建立复杂岩体边坡几何模型等优点,并对辽宁某边坡进行了关键块体分析.     

广东某高速公路岩质边坡岩体结构面特征研究

目的研究清远—连州公路岩质边坡结构面特征及其组合关系对边坡稳定性的影响。方法采用普遍测网法实测该公路沿线边坡结构面,分析结构面的组合关系对边坡稳定性的影响;采用“赤平投影结构数据分析软件包”对结构面的参数进行统计分析;采用结构面二维网络模拟程序进行模拟。结果得到结构面产状和边坡坡面产状关系的统计图和二维网络模拟图。结论清连公路结构面组合关系对边坡稳定性影响显著,结构面参数研究对边坡稳定性评价意义重大。     

基于分形理论的岩体原生节理分布特征研究—以长河坝水电站为例

由于岩体内部结构面的分布规律具有随机性、复杂性的自相似的特征,可以运用分形理论对其进行研究。通过现场节理调查,描绘了待爆破区域原生节理的分布网络,并统计分析了节理迹长和倾角的概率分布模型;运用盒维数计算方法得出了结构面分布的分形维数D,讨论分形维数D与岩体的工程质量以及结构面分布之间的关系,实现了对岩体的工程性质以及不同尺度结构面的定量对比分析。结果表明:节理面的倾角和迹长分别服从正态和对数正态分布;江咀料场节理分布的分形维数D=1.315,响水沟料场节理分布的分形维数D=1.275,河口料场断层系的分维数D=1.164,可见分形维数D越大,结构面越发育,岩体的工程质量就越差;另外随着调查尺度范围的增大,分形维数D反而减小。研究结果可对分形理论在岩土工程质量评价及节理岩体的爆破块度预测等方面提供参考价值。     

复杂岩体边坡关键块体搜索及开挖支护

采用非接触摄影测量技术采集某高速公路工程边坡岩体的结构面信息,导入自行开发的GeoSMA-3D系统,建立该边坡三维数值模型,从几何学角度搜索出其关键块体.用三维离散元数值计算软件3DEC模拟该边坡工程的开挖过程以及锚索支护后的开挖过程.结果表明,本岩质边坡工程开挖后,引起岩体内部应力重分布,坡体有大范围的剪切塑性区,位移矢量、速度矢量大量集中在开挖面附近的节理上,矢量的方向偏向于临空面,并呈现逐渐增加趋势,整体稳定性较差,若不对边坡采取适当支护措施,必将发生边坡整体失稳破坏;在锚索支护后,边坡的潜在滑移面被控制,边坡整体处于稳定状态.     

节理岩质边坡稳定性概率分析

为合理评价某节理岩质边坡稳定性,将节理网络有限元(JFEM)与Rosenbluth点估计法相结合建立边坡节理网络概率模型。计算结果表明:天然状态下该边坡整体稳定性较好,但浅表部有部分岩体由于风化以及结构面相互切割的影响,易形成不稳定块体以“滑移-拉裂”的形式失稳。本文的分析方法考虑了结构面非贯通、随机发育的特性以及岩体强度参数(内摩擦角和黏聚力)的变异性,使得评价结果更加合理、可靠。     

巷道围岩关键块体分布概率研究

本文假定结构面迹线和巷道的位置是相互独立的，研究了结构面迹线的分布；将巷道的位置看成结构面迹线的相对变量，对巷道中关键块体的分布概率进行了研究。     

密井网约束的复杂断块油田地质建模方法——以扶余油田中区泉四段为例

我国大庆、大港、辽河、胜利、吉林等油田部分老油区井网密度已达到密井网级别,这些位于东部裂谷带拉张型盆地的油气田具有油层多、断层多、断块小的特点,建立精细地质模型难度较大。针对这类油气田,以扶余油田中区泉四段储集层为例,提出了一套地质建模方法:1以密井网资料为基础,在三维地震解释数据约束下,进行小层划分与对比、低级序断层识别及微构造研究;2分级次建立断层模型,采用"骨架网格+关键层面+小层层面"三步建立层面模型,该构造模型较好地反映了复杂断块内部地层与断层的配置关系;3采用相控下的多次迭代随机模拟方法提高砂体模型精度,采取了"砂控+相控"随机模拟建模方法建立储层参数模型,运用砂模型体控制物性边界,分不同微相进行变差函数分析;4最后,通过概率分布一致性检验及交叉验证证明该方法是可靠的。     

双连梁短肢剪力墙结构非线性随机演化分析

在混凝土随机损伤力学研究的基本框架内,基于混凝土弹塑性损伤本构模型和概率密度演化理论,从荷载位移曲线、混凝土和钢筋应变、混凝土损伤和截面内力几个方面对双连梁短肢剪力墙结构进行了分析.分别通过样本轨道、系综数值特征和概率密度三种方式描述了结构非线性随机演化力学行为.研究表明,在结构不同层次的反应中,出现了概率密度曲面"多脊"和"多峰"的复杂演化现象,混凝土非线性与随机性耦合使得结构不同层次的反应变得复杂多样.研究同时发现,在结构受力行为演化过程中,随机性与确定性之间可以互相转化.