适用于半迹长测线法的岩体结构面直径Priest-Zhang算法 和修正算法适用性

由概率论推导提出能够纠正截短偏差的修正算法,工程应用前为明确2种算法适用范围,先采用2种算法由实测半迹长分布估算直径期望,然后对比2种算法估算的直径期望与真实直径期望的相对误差,进行21组对比试验。结果表明：Priest-Zhang算法估算的直径期望是截短值的线性递增函数,修正算法估算的直径期望是截短值的水平线性函数;截短值较小时,2种算法接近,采用前者已能够获得较高精度,纠正截短偏差意义不大;截短值较大时后者明显更精确,纠正截短偏差能够大幅提高精度,应选用后者。汶川工程实例表明：当截短值为0.1 m时,2种算法具有高精度且估算结果接近,值得推广。     

岩体硬性结构面精测及量化处理

介绍了现场硬性结构面精测方法以及在精测资料基础上通过计算机来实现结构面间距、条数、迹长等基本要素的量化及可视化显示 ,分析了结构面基本要素获取过程中有关切割单元长度和切线间距的确定、结构面分布较少及存在大量缓倾结构面时结构面间距的计算等问题。针对这些问题 ,给出了解决方案。结合具体工程实际应用 ,获得了良好的效果。     

结构面岩体的网络模拟研究

简要介绍了蒙特卡罗方法的基本原理及结构面几何参数的分布规律，用蒙特卡办方法对程潮铁矿的结构面岩体进行了模拟研究，得到了与岩体等效的结构面网络图，该图对岩体力学性质研究有重要价值，同时由结构面网络图得出岩体的ＲＱＤ值，此值与钻也得到的ＲＱＤ值有较好的一致性。     

基于实测结构面网络的岩体渗流特性分析

以甘肃北山核废料处置预选场址中的某均质区为研究对象,利用实测迹长与隙宽的关系确定隙宽并根据以往的压水试验资料对隙宽进行修正。基于数字化量测方法获得的结构面网络模型,考虑实际地应力的作用,采用离散元方法进行渗流—应力耦合分析,确定了均质区内各测区的等效渗透系数及主渗透方向。根据现场观测的结构面填充和胶结及以往压水试验的反演,将垂直于最大水平主应力方向的结构面隙宽替换为花岗岩等效隙宽进行渗流分析。此外,提出一种反映实际渗流快慢的等效路径渗透系数,该渗透系数是基于连通路径上不同渗流段渗透系数的综合值。在确定等效路径渗透系数计算方法的基础上,研究了各测区最大,最小等效路径渗透系数及其方向(最短渗流路径)。结果表明,该均质区岩体中真实渗流路径上的等效路径渗透系数明显大于渗流断面上的等效渗透系数,而且往往取决于渗透系数最小的渗流段。     

地下工程岩体节理迹长统计下限值的确定方法

以山东某金矿为工程依托,以实际获得的岩体节理信息为样本,借助聚类分析方法及其指标,采用全面实验法,开展地下工程岩体节理迹长统计下限值的确定方法研究.从节理迹长统计下限值的定义及特征入手,借助DBI指标(Davies-Bouldin index,DBI)实现优势节理组的划分与最佳优势节理分组方案的确定.取离散性系数k是否大于或等于20作为判别节理组能否作为优势节理组的条件,采用离散性系数k及其概率分布指标n综合分析确定岩体区域节理迹长统计下限值,构建在不同岩体条件下确定节理迹长统计下限值的方法,旨在剔除随机节理,优化节理样本数据,精确获取岩体节理空间分布特征.     

基于摄影测量技术的岩体结构面参数的获取

为了更高效、全面、安全的获得岩体结构面参数,建立了两种从三维模型中获取结构面参数的算法：ply2parameter算法和scanline算法。Ply2parameter算法在三维模型上对表现形式为平面的面状结构面采样,根据采样得到的结构面顶点集合,使用主成分分析计算结构面的法向量,计算岩体结构面参数。sancline算法计算出在三维模型上沿着虚拟测线标记出的面状结构面和表现形式为迹线的线状结构面的参数。最后对结构面进行优势分组;以甘肃北山的一个岩石露头为例应用上述两个算法。将得到的结果和野外实测的结果对比,显示出了良好了相关性。     

基于摄影测量三维点云的岩体结构面自动识别方法

建立了一种用数字摄影测量得到的三维点云数据识别和分析岩石边坡出露的面状结构面的方法。该方法使用每一个点及其相应的邻近点构成的子集平面来形成识别结构面的候选,使用主成分分析(PCA)计算平面法向量并剔除异常点,识别结构面并计算其产状(倾向和倾角)。以甘肃北山一岩石边坡为例,使用该方法进行结构面识别。最后对结构面进行优势分组;同时与实测产状进行了对比,结果表明识别效果较好。     

基于随机响应面法的结构可靠度研究

基于Karhunen-Loève正交级数对随机场进行离散,并利用Hermite混沌多项式将结构位移响应量表示成为随机场离散变量的函数,研究建立了结构抽样模拟分析的随机响应面法,进而建立了与结构失效准则相对应的极限状态函数,结合几何法提出了结构可靠度分析的随机响应面法计算格式.分析了二阶、三阶随机响应面的特性,并同可靠度分析的蒙特卡罗法进行了比较,结果表明本文方法具有更好的计算精度和计算效率.     

基于贴近摄影测量技术的高陡危岩体结构面调查方法

为解决传统危岩体结构面接触式调查手段风险高、效率低的问题,提出了一种基于无人机贴近摄影测量技术的结构面提取方法,并以某高位危岩体为例,开展了工程实例验证。首先利用多旋翼无人机对危岩体进行多角度贴近摄影,构建精细化的三维模型和三维点云;然后通过K近邻算法及PCA主成分分析完成优势结构面产状的半自动提取,最后结合三维模型中的岩体裂隙等特征,对危岩体稳定性进行快速评价。结果表明：该方法可获取符合工程精度要求的岩体点云数据,完成结构面产状的半自动提取,且倾向倾角的提取误差均在3°以内,能满足工程精度需求,为分析危岩体稳定性提供可靠的基础数据。     

基于MATLAB的岩体结构面曲线模拟及其分形研究

基于Hurst指数的独立分割方法,结合MATLAB软件中差值函数和随机数产生函数,生成了10条典型的岩体结构面曲线;根据Tse和Barton提出的经验公式和10条典型结构面曲线的数据点,计算出10条曲线的粗糙度JRC值.运用线段尺码法测量已产生的10条结构面曲线中5条曲线的分形维数值Df(D).对粗糙度JRC值和分形维数值D进行曲线拟合,拟合结果表明：拟合曲线能较好地反映JRC和D之间的关系.     

露天矿节理岩体三维网络模拟与概率损伤分析

针对鞍钢眼前山露天铁矿南帮节理岩体边坡的结构特征,应用Monte-Carlo随机模拟原理,进行南帮边坡岩体的三维节理网络模拟,直观地展示了岩体的空间信息.基于岩体损伤力学的基本原理与三维节理网络的计算机模拟技术,探讨了节理岩体损伤张量随机矩阵概率分布规律.结果表明,眼前山铁矿南帮岩体概率损伤张量矩阵的元素均服从正态分布.     

岩体结构面面密度统计的地形化数字测窗及体密度优化

为了给岩体稳定性分析和渗透性评价提供更加可靠的数据,提出了基于差分进化算法拟合实测面密度从而优化结构面体密度的三维结构面网络模型建模方法。该方法采用RTK-GPS数字化量测技术,研究了结构面迹线3D数字化模型及数字化测窗建立方法;引入“地形化”的圆形测窗,提出扩展为地形化曲面正方形连续布置测窗,分析了圆形取样窗大小对密度估计的影响,比较了正方形测窗和圆形测窗估算结果。以甘肃北山地面花岗岩结构面量测数据为例,应用该方法。研究表明,优化的体密度能高度拟合各分块实测面密度,由此建立的3D结构面网络模型更符合实际结构面分布规律。     

四川某公路边坡缓倾角层状岩体结构面分级及成因分析

通过对四川某公路边坡缓倾角层状岩体结构面的研究,认为结构面分布具有独特性,提出应按岩性及结构面性状进行分级的方案;同时分析研究了各类结构面的成因,认为Ⅰ级结构面是沉积作用形成的,Ⅱ级结构面是在Ⅲ级结构面基础上形成的,Ⅲ级结构面是构造作用形成的。     

结构面刚度对岩体弹性纵波传播特性影响的数值模拟

针对结构面刚度对岩体弹性纵波传播特性的影响规律及机理不明的问题,基于3DEC软件及自编程序,以含单个水平、光滑结构面的岩体为研究对象,分析结构面法向刚度、切向刚度对岩体弹性纵波传播特性的影响. 结果表明,初至纵波振幅和纵波波速仅与结构面法向刚度k_n有关,而与切向刚度k_s无关;初至纵波振幅和纵波波速皆随法向刚度k_n的增加而增加,增长速率逐渐减小. 考虑结构面间距S和岩块杨氏模量E的影响,引入E/(S·k_n)作为综合影响参量,固定k_n/k_s为2.5时,初至纵波振幅和纵波波速都随着(S·k_n)的增加而减小,以E/(S·k_n)=0.1、1、10为界,衰减速率经历极慢-变快-变慢-极慢四个阶段.     

岩体力学参数预测的新方法

提出了利用人工神经元网络预测岩石工程数值分析中所需的岩体力学参数的方法,其优点是神经元网络可以把岩体较多的非定量的地质描述,经过换算后作为初始参数参与运算．通过对岩体抗压强度和弹性模量的预测验证表明,预测结果与实测结果吻合较一致．     

复杂岩体结构的几何描述

从产状、大小、密度、位置、间距、张开度和终止特性等方面介绍了不连续面几何特征分解研究的方法和成果,旨在使不连续面几何描述定量化、系统化。     

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.     

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.     

三维地质模拟中断层的处理

断层是地质构造中最常见的一种,断层的建模将关系到能否正确形象地显示地层的构造。针对计算机三维地质模拟需要对断层信息进行详细分类的特点,设计了利用5个变量描述断层面的数据结构,利用该结构可以方便地表现地质构造中的各种断层,同时利用该断层面结构可较为简单地实现剖面线生成算法。