基于结构面特征的优势组划分方法

以往的优势组划分方法都是以结构面的产状信息为基础,未考虑结构面力学特征及分组指标权重对优势组划分结果的影响,这样可能会导致分组结果不准确.因此,本文引入结构面特征分级法(CSPC)所定量评价的结构面的力学特征,提出基于结构面特征的优势组划分方法,采用可变模糊聚类迭代模型进行结构面的优势组划分.结果显示,结构面力学特征对结构面优势组划分的影响不能忽略.利用基于结构面特征的优势组划分方法可以预测出每组结构面的抗剪强度参数,为后续的块体稳定性分析奠定基础.     

基于萤火虫算法的岩体结构面优势产状聚类分析

传统的图形分析方法较为粗糙,且主观因素影响较大,因此提出一种基于萤火虫算法的岩体结构面产状数据划分的新方法.用结构面单位法向量表示结构面的产状,通过单位法向量所夹锐角正弦值来衡量结构面间的距离,并建立模糊目标函数,然后运用萤火虫优化算法搜索最优聚类中心,同时确定组间边界.由于萤火虫算法具有出色的全局寻优能力和较快的收敛速度,使得新算法在解决结构面产状划分问题时非常省时高效.最后应用此算法对怒江松塔坝址区平硐实测结构面产状数据进行优势组划分,结果显示,此方法合理有效,优势明显.     

模拟退火聚类算法在结构面产状分组中的应用

鉴于以往的结构面产状分组方法常存在算法复杂、聚类精度差及分组效率低的不足,提出了一种新型的融合模拟退火算法及K-means聚类(SAK)的结构面分组算法,该算法简单易实现.利用模拟退火算法的退火原理,对K-means算法聚类的结构面分组结果进行优化,以期克服K-means算法易受初始聚类中心影响的缺陷.计算机模拟生成的结构面数据的分析表明,所提方法相较于传统K-means算法具有明显优势.将该方法应用于重庆市三环高速公路兴隆隧道实测结构面的分组中,并与已有方法进行对比.结果表明:该方法不仅聚类精度高,而且迭代速度也较快,具有较强的工程实用性.     

基于HDBSCAN算法的岩体结构面产状识别及分组方法

精准获取岩体结构面的产状信息是进行岩体稳定性分析工作的首要和关键步骤.针对基本DBSCAN算法在处理点云数据时存在聚类判据不足、参数敏感性较强等问题,提出了基于点云附加属性扩展聚类判据的HDBSCAN算法,旨在提高算法聚类的准确性及鲁棒性.同时,基于点云的颜色及密度属性实现了对自然状态下非全裸露岩体研究区域的分割和提取,减少非岩体结构面点云对结构面产状识别和分组的影响.将该方法应用于大石洞灰岩矿某一典型覆土岩坡,结果表明:该方法能够有效地剔除非目标点云数据,同时结构面产状提取和优势分组结果令人满意.与人工测量结构面产状方法相比,最大相对误差小于0.59%,具有一定的工程实用价值.     

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.
     

基于三维点云的岩体结构面自动分类与参数计算

结构面间距是岩体稳定性和力学特性分析中的一个重要参数，在岩石力学、采矿工程、边坡监测等领域的数值计算中广泛应用.本文以岩体边坡露头为研究对象，基于非接触测量获得的三维点云数据，提出一种基于密度聚类的结构面细化分类方法；在结构面粗略分组提取的基础上，通过投影变换、散乱点拟合等算法，求得结构面间距和岩体体积节理数.设计开发了结构面细化分类及间距等参数计算与分析原型系统，实际案例分析表明，本文方法可有效实现结构面的自动细化分类，并能够计算出间距等相关参数，可为岩体质量分级和岩体稳定性分析等提供方法支撑.     

岩体随机不连续面优势组数划分——以三峡工程永久船闸为例

各类岩体中广泛存在着不同成因的不连续面,其空间的分布是复杂的,通常是一种无规则的是随机分布,这种随机分布的不连续面通常控制着岩体的局部稳定性,有时它们的组合也会对岩体的整体稳定性产生显著的影响.进行岩体不连续面的三维网络数值模拟,岩体连通率的求算,岩体质量评价以及岩体稳定性的评价等都需要进行不连续面优势组数的划分,传统的节理优势组数划分法通常是用吴氏网或施密特投影网来进行,误差是显著的有时甚至无法进行.这里介绍一种基于概率统计理论借助计算机进行随机不连续面优势组数的方法,并以三峡工程永久船闸数据作为实例.     

吻合度对节理力学特性影响的细观数值试验

岩石节理经过侵蚀、风化及工程扰动等影响后,节理面往往会呈现出不吻合特征,现有关于节理力学性质的研究均是基于Barton公式考虑节理粗糙度系数的完全吻合岩石节理,对不吻合节理还未系统深入研究,本文试图从细观力学角度研究吻合度对节理力学性质的影响规律。首先通过RIEGL LMS-Z420i三维激光扫描仪现场采集节理面起伏状态,以采集的起伏状态为骨架,采用分形插值函数构造节理面的细观几何形态,通过上、下节理面的水平错位移动来描述节理的吻合度;其次,从节理面凸凹点的细观变形出发,提出这些凸凹点集群化后表现出的宏观力学特征及其数值模拟方法,基于此方法,系统地研究吻合度对节理力学性质的影响规律,并通过试验验证该模拟方法的可靠性。研究表明节理的峰值剪切强度与节理粗糙度和吻合度系数的乘积值以及法向作用力成正比。     

基于离散元的边坡弯曲倾倒渐进破坏特征分析

发生弯曲倾倒的边坡一般存在一组优势的陡倾不连续面,岩层在自重或外力作用下向临空面弯曲变形,表现出明显的柔性特征。基于物理模型试验建立了相应的离散元计算模型,模拟了边坡弯曲倾倒的渐进失稳过程,系统剖析了岩体弯曲倾倒的力学机制和破坏特征。结果显示,塑性区贯通是边坡弯曲倾倒失稳的必要非充分条件,悬臂岩柱在弯折过程中其内部应力表现出明显的不均匀性。进一步探讨了关键力学参数对倾倒破坏面的影响规律,具体表现为破坏面倾角随节理摩擦角的增大而增大,而节理黏聚力和岩体抗拉强度对其影响并不显著。研究成果可为倾倒边坡的分析设计提供科学参考。     

含软弱结构面岩质边坡时效稳定性影响因素的数值模拟分析

基于对岩石材料的力学性质随时间不断衰减、内部细观结构产生损伤并不断积累的认识,引入材料强度退化模型,并在有限元程序中予以实现,从结构面产状、边坡高度及坡角、岩体强度衰减特征等几个方面着手,对边坡的长期时效变形、损伤萌生与演化模式以及影响含软弱结构面岩质边坡的各种因素进行了数值模拟研究。结果表明:结构面的连通率越大,边坡高度及坡角越大,基岩及结构面的长期强度越高,则边坡的时效稳定性越好;降低边坡高度能够显著减小坡顶最大水平位移;结构面倾角对边坡的破坏模式具有重要的影响。     

基于JRC-JCS模型的人工劈裂砂岩结构面力学特性研究

为探究人工劈裂结构面与天然结构面力学特性的相似性,解决现场取样困难、难以保证均一性等问题,文章采用人工劈裂方式制备砂岩结构面,并进行三维扫描和室内直剪试验等,根据结构面相关理论、Barton标准剖面线等理论知识,描述了人工劈裂砂岩结构面的相关形态并确定了结构面粗糙度系数,最后基于JRC-JCS模型进行力学参数的估算,并与直剪试验结果对比,分析人工劈裂砂岩结构面的力学特性。结果表明:在粗糙度系数相同时,结构面的抗剪强度与所受的法向应力成正相关;在法向应力相同时,结构面抗剪强度与粗糙度系数成正相关;砂岩结构面的黏聚力和内摩擦角与粗糙度系数呈正相关,其相关系数与粗糙度系数呈负相关,结构面粗糙度系数越小,相关系数越接近于1。研究成果为结构面室内研究工作奠定了基础。     

功效系数法在确定岩体优势面中的应用

根据岩石优势结构面确定的特点,提出了一种既可以考虑结构面数量优势又可以考虑结构面质量优势的确定岩体优势面的新方法:改进功效系数法.总结出了结构面评价的6组重要优势指标,并对改进功效系数法中的各个指标评价档次的选择进行了讨论.实例验证结果表明,新方法是合理有效的.     

岩体回弹指数影响因素研究及其应用

通过野外回弹试验,分析了弹击点距结构面的距离、结构面张开度以及岩石的厚度对岩体回弹值的影响。结果表明,弹击点距结构面的距离、岩石的厚度对岩体回弹值的界限影响值分别为2~3 cm和5~7 cm;另外,岩体结构面张开度越大,岩体的回弹值越小。基于影响因素的研究,提出了用于平硐回弹试验的试验方法,并引入了用于水电站边坡卸荷带划分的量化指标—岩体回弹指数。     

基于多维特征向量的网络社团划分方法

为了寻找大规模复杂网络中的社团结构,提出了基于多维特征向量的社团划分方法,即多维特征向量谱平分法.利用网络连接矩阵的多维特征向量划分网络社团,通过仿真实验分析关键参数对划分效果的影响,从而确定使得划分结果最优的参量值,并综合多维特征量阈值和社团数目两方面的因素决定被划分的社团数目.在具有代表性的局域世界网络演化模型中进行仿真,证明该方法在网络聚簇特征不是很明显的情况下,能够有效划分网络中存在的多个社团,适应具有各种聚集特征的网络,说明该算法在实际网络中具有较高的应用价值.     

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.     

桥梁结构基于高维模型拟合响应面的参数识别

为提高响应面法在桥梁结构参数识别中的计算精度,提出了基于高维模型拟合响应面的参数识别方法.即采用HDMR响应面法拟合结构响应面,并基于该响应面进行结构参数的识别.研究了HDMR响应面的基本构造方法,阐述了在响应面基础上通过有约束最小二乘优化实现参数识别的一般过程.以一座连续梁及一座独塔斜拉桥为算例进行分析,探讨了该方法在结构参数识别中的计算精度及效率.结果表明,相比传统响应面法,该方法在计算精度上具有显著优势.同时也验证了该方法在大型桥梁结构参数识别中的可靠性和适用性.     

钻孔图像特征分析与结构面区域划分方法

数字式全景钻孔摄像系统在实践钻探工程中获得了大量的高精度钻孔图像,这些钻孔图像数据往往需要人为进行分段处理和信息加工预处理,工作量大并且具有盲目性.针对该问题,本文进行了钻孔图像特性分析,并提出了一种对钻孔图像进行结构面区域划分的方法.该方法利用井壁中岩体结构成像灰度梯度纵向投影的极值特征来组成新的合成信号和便于计算机处理的区域划分信号,从而实现了钻孔图像的区域划分以及结构面产状范围的初步限定.该方法能够连续快速地对整个钻孔图像内所有的结构面进行区域划分,无需人为干预,为结构面的全自动识别与参数提取奠定了基础,也为深孔钻井工程中图像数据的分块处理提供了一种有效的解决方案.