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1 篇 广东省工程勘察院
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作者

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3 篇 瞿生军
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3 篇 陈力
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2 篇 li peng
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55 篇 中文

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详细简洁

排序：

恩施地区志留系砂岩基于分形理论的岩体质量评价研究

恩施地区志留系砂岩基于分形理论的岩体质量评价研究

引用

作者：李洋洋中国地质大学（武汉）

学位级别：硕士

岩体是赋存于一定地质环境中复杂地质体，被各种各样的结构面所切割，诸如假整合面、不整合面、节理、裂隙、片理、层理等。岩体正是由于受大量结构面切割而具有一定的结构特征，并表现出强烈的非均质性、不连续性以及各向异性，而这些... 详细信息

岩体是赋存于一定地质环境中复杂地质体，被各种各样的结构面所切割，诸如假整合面、不整合面、节理、裂隙、片理、层理等。岩体正是由于受大量结构面切割而具有一定的结构特征，并表现出强烈的非均质性、不连续性以及各向异性，而这些特征都难以用经典的数学和力学理论加以描述，如欧几里德几何和牛顿连续力学。\n 分形理论的研究对象是自然界中广泛存在的随机的、无序的、复杂的自相似性系统。由于岩土材料本身就是一种非连续性、非均质性和各向异性的特殊材料，其固有的复杂结构特征符合分形理论的研究条件，属于分形理论的研究范畴，因此分形几何在岩体力学领域得到了广泛的研究应用。\n 恩施地区地处湖北省鄂西南褶皱山地，属云贵高原的东延部分，邻近四川盆地边缘，处于我国地形第二阶梯末端。岩体在多次构造运动以及在各种内外地质营力作用下，结构面十分发育。这些结构面是造成岩体软弱、破碎的重要内在原因，也是造成灾害发生的主要潜在原因。因此根据岩体的工程地质特性，对岩体质量进行正确的、科学的、及时的综合评价，是经济合理地进行工程岩体加固设计和现场施工及安全运行必不可少的条件，也是岩体力学中最基本的研究课题之一。\n 因此本文以恩施地区志留系砂岩岩体结构面为主要研究对象，在结构面野外地质调查、计算机模拟的基础上，将定性与定量、理论与实际相结合，采用分形几何理论系统地研究鄂西志留系砂岩岩体结构面分布特征，并对其岩体质量进行综合评价。为此，本文主要进行了以下几个方面的研究：\n (1)在志留系岩层中选取了四个结构面发育良好的露头面，进行了大量的结构面地质调查。运用概率统计的理论和方法，分析了各组结构面的几何特征参数，包括结构面的产状、间距、迹长、隙宽等，建立其几何特征参数概率模型。结果表明，各组优势结构面倾向均服从正态分布；倾角除测线1第一组服从负指数分布外，其它组均服从正态分布；半迹长及间距均服从负指数分布；隙宽除了测线2第二组服从均匀分布外，其他各组也都服从负指数分布。\n (2)在建立其几何特征参数概率模型的基础上，利用Monte Carlo原理，对结构面分布进行计算机模拟。得到与实际岩体中“等效”的结构面分布网络图，以此研究岩体结构特征，掌握其岩体结构面的分布状态。\n (3)根据生成的结构面网络图，应用盒维计法计算岩体结构面分布的分形维数，四个测点的分维值分别是1.559、1.783、1.362、1.357。显然测线2龙凤乡龙马溪组岩体结构面分布的分维值最大，对应到结构面网络模拟图上发现该岩体中发育有大量的纵横交错的结构面，岩体被其切割的最严重，其完整性和岩体质量也最差。即说明分维数D不仅能刻画岩体中结构面发育的数量，而且能较好地反映岩体中结构面之间的相互交切方式以及空间组合关系的复杂程度，进而反映岩体的完整程度和破碎状况，可作为岩体质量等级划分的定量指标。\n (4)结合野外实测的结构面资料，研究恩施地区志留系砂岩的结构面间距和迹长的分形特征，采用标度变换法求取分维值，并阐述其在一定程度也可以反映结构面的相对发育密集程度和对岩体的切割破坏程度。\n (5)根据恩施地区志留系砂岩结构面的迹长分维、间距分维及分布分维的分析结果，结合其野外地质调查情况及计算机模拟结果，经过综合分析，提出一个以结构面分布分维为第一指标，迹长分维和间距分维为辅助指标的岩体质量分级方案。方案分为5级，分别为“很好”“好”“一般”“差”“很差”，对应的一级指标结构面分布分维的区间分别为：<1.1、1.1～1.3、1.3～1.5、1.5～1.7、>1.7。\n (6)采用岩体基本质量指标BQ分级法验证了以结构面分维值为分级指标的岩体质量评价方案的合理性，并对恩施地区志留系砂岩岩体质量作出综合评价。从整体上来说，研究区内岩体结构面较发育，结构面密度较大，岩体被切割严重，完整性差。按结构面分维分级，属于“一般”～“很差”岩体；按[BQ]分级，属于Ⅲ～Ⅴ岩体。\n 总之，本文在结构面网络模拟的基础上，运用分形理论详细地对恩施地区志留系砂岩岩体结构面的分布特征做了研究，并提出了以岩体结构面分布的分维数作为主要指标的岩体质量评价方案。研究成果不仅对恩施地区志留系砂岩岩体的质量特性有了更全面的认识，而且丰富和发展了分形理论在岩体力学的应用，为工程岩体质量分级提供新的依据和途径。

关键词：志留系岩体结构面网络模拟分形理论分维数岩体质量

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雅砻江官地水电站地下厂房岩体结构及围岩稳定性研究

雅砻江官地水电站地下厂房岩体结构及围岩稳定性研究

引用

作者：虞利军成都理工学院

学位级别：硕士

该文以雅砻江官地水电站地下厂房工程为研究对象,对处于复杂环境中大型地下工程的围岩稳定性进行了系统研究.论文在阐述坝区岩体的工程地质环境条件的基础上,采用确定性分析和非确定性分析相结合的方法,详细论述了工程区的岩体结构特征... 详细信息

该文以雅砻江官地水电站地下厂房工程为研究对象,对处于复杂环境中大型地下工程的围岩稳定性进行了系统研究.论文在阐述坝区岩体的工程地质环境条件的基础上,采用确定性分析和非确定性分析相结合的方法,详细论述了工程区的岩体结构特征.应用结构面三维网络模拟方法,研究了地下厂房区随机结构面的展布特征.依据岩体结构的研究成果与岩体物理力学性质的试验结果,提出了工程区岩体力学参数选取的建议值.采用BQ分类、水电工程围岩分类及RMR分类的方法,对工程区硐室围岩进行了岩体质量分类和稳定性的初步评价.最后运用地质分析、数值模拟分析和块体理论分析相结合的方法,对地下厂房围岩稳定性进行了综合评价.

关键词：地下厂房岩体结构围岩稳定岩体质量分类结构面网络模拟有限元分析

来源：评论

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地下水封石油洞库岩体渗流特性与水幕系统优化设计研究

地下水封石油洞库岩体渗流特性与水幕系统优化设计研究

引用

作者：高连通中国地质大学

学位级别：硕士

地下水封洞库是二战后发展起来的一种新型储油设施,具有占地少、投资小、损耗少、污染小、安全隐蔽、装卸速度快、适合备战等优点,被许多国家应用来中转或储备石油。近年来,国内石油资源供需矛盾日益突出,国际石油供给和油价波动很大,... 详细信息

地下水封洞库是二战后发展起来的一种新型储油设施,具有占地少、投资小、损耗少、污染小、安全隐蔽、装卸速度快、适合备战等优点,被许多国家应用来中转或储备石油。近年来,国内石油资源供需矛盾日益突出,国际石油供给和油价波动很大,导致我国面临的石油危机越来越大。为了维护国家石油资源供需安全,有效地控制国内油价的波动,更好地促进国民经济又好又快可持续发展,建立大型国家战略地下水封石油储备库势在必行。我国对地下水封洞库的研究和建设实践起步较晚,直至上世纪70年代才先后在东部沿海地区试探性建设了两个规模较小(≤50万m3)的地下水封洞库。由于国外对技术的保密和垄断,我国尚未完全掌握其核心技术。我国的地下水封洞库建设技术尚处于试验和探索阶段,存在较多亟需解决的理论与技术攻关难题。因此,在我国能源战略储备基地和大型石化企业地下储备原料库的建设高潮期,开展地下水封洞库工程相关的理论和应用研究具有重要的意义。地下水封洞库多采用不衬砌的高边墙、大跨度地下洞室,其运行必需长期处于不断变化的地下水环境中。地下水封洞库工程中的核心问题是“水封性”和“围岩稳定性”。地下岩体的渗流特性又是“水封性”研究的重中之重,这是评价水幕系统是否有效和水封效率高低的核心。鉴于此,论文以国家战略石油储备黄岛地下水封洞库工程为例,以洞库岩体渗流特性和水幕系统优化研究为主题,在已有勘察和施工资料的基础上,从控制洞库岩体渗流特性的岩体结构面出发,以工程地质学、水文地质学、水力学和分形理论为指导,运用地质调查统计分析、现场试验、理论分析计算和反演分析相结合的方法深入分析洞库岩体渗流特性,在此基础上采用Visual Modflow软件对洞库水幕系统中的水幕孔布置方位和间距进行优化设计研究。基于此,本文主要进行了以下三个方面的研究工作：一、岩体结构面网络模拟在整理分析了黄岛地下水封洞库工程地质条件的基础上,充分利用已有的详细勘察、补充勘察和施工资料,首先分析地表及深部精确测线法测得的9212条结构面数据,将洞库区的岩体结构面在空间上分为7个区。然后对每个区的结构面数据进行统计分析,得出各区优势结构面的几何参数特征及其概率分布模型,最后应用Monte Carlo随机模拟方法建立不同区岩体三维结构面网络模型并提取不同剖面上的结构面连通网络图。通过研究得出： (1)洞库区结构面产状多服从正态或对数正态分布,迹长、隙宽、间距多服从负指数分布,且结构面从地表到深部平均迹长和间距逐渐变大,隙宽逐渐变小。 (2)洞库区岩体结构面在空间上的分布、延伸具有明显的方向性,平面上受断裂构造控制而分为三个区,垂向上随着埋深的增大,岩体结构面的发育密度逐渐变小。二、洞库区岩体渗流特性研究在结构面网络模拟的基础上,首先将现场试验获取的洞库区岩体渗透系数进行统计分区,然后根据分形理论采用Matlab编写程序,计算各个区内不同方向连通结构面网络的信息维数,接着利用结构面参数计算各区岩体渗透张量,最后从多个角度来进行岩体渗流特性分析。通过研究得出： (1)洞库区岩体的渗透性在空间上分为七个区。渗透张量计算得出的洞库区地表及水幕处的渗透主值数量级集中在10-2m/d,部分为10-3m/d和10-1mm/d,主洞室处的渗透主值数量级集中在10-3m/d,部分为10-4m/d;压水试验渗透系数和修正之后的等效渗透系数数量级在地表为10-2m/d,水幕高程处为10-3m/d,主洞室高程处为10-3m/d～10-4m/d。随着埋深的增加,渗透系数的量级减小。 (2)洞库各区岩体连通性的结构面网络的分维数随着深度的增加而减小;且岩体结构越破碎,岩体结构面的分形维数越大。洞库各区岩体等效渗透系数与岩体结构面分形信息维和隙宽之间的估算经验关系式为：K=3.3095Db3+0.001。 (3)实测数据表明洞库区发育两组优势渗透结构面,产状分别为90。～120。∠60°-80°和130°-155°∠75°～90。;主洞室实测渗水点的走向大致为N30。-70。E之间。渗透张量计算得出的最大渗透主值K1与中间渗透主值K2的主渗方向均为N50。E。K1以陡倾角为主、平均值为60.86。,K2以缓倾角为主、平均值为17.38°。K1/K2的平均值为1.21,K1/K3的平均值为6.43,且Kl/K2的值随深度的增加变化不大,Kl/K3的值随深度的增加而增大。随埋深的增大,岩体渗透各向异性越明显。三、水幕系统优化设计研究在结构面及岩体渗流特性研究的基础上,首先根据黄岛洞库的水文地质条件概化出洞库的计算模型和边界条件并根据模型坐标转化出模型的计算参数,然后基于经验和解析法估算洞库的涌水量,接着采用Visual Modflow软件进行岩体渗透参数的反演分析,得出

关键词：水封洞库结构面网络模拟岩体渗流信息维数水幕优化水封效果

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贵州乌江构皮滩水电站破裂系统及其工程地质意义

贵州乌江构皮滩水电站破裂系统及其工程地质意义

引用

作者：王令占中国地质大学(武汉)

学位级别：硕士

裂隙是岩(石)体中最常见的构造形迹。大坝、隧道等大型工程中的裂隙构造，由于关系到岩体的强度等工程安全问题，因此历来备受关注。裂隙构造是液体、气体等流体的流动通道之一，高或超高流体压力的出现，降低了岩石的抗剪强度及非均一... 详细信息

裂隙是岩(石)体中最常见的构造形迹。大坝、隧道等大型工程中的裂隙构造，由于关系到岩体的强度等工程安全问题，因此历来备受关注。裂隙构造是液体、气体等流体的流动通道之一，高或超高流体压力的出现，降低了岩石的抗剪强度及非均一性对破裂变形的影响。脉体的充填愈合作用将裂开的岩石重新焊接，大大降低了液体的渗透，提高了岩石的强度。本文以贵州乌江构皮滩水电站坝区岩体(主要为二叠系-三叠系碳酸盐岩)中的裂隙系统为研究对象，通过详细的野外构造形迹的几何学、运动学、流变学标志的观察，在不同尺度上通过仔细观察、测量、分析和判断，将复杂的裂隙系统进行了分期、配套和组合，并结合区域构造变形，建立了破裂基本序列。在此基础上，重点对坝址发育的两种典型现象：水力破裂、大规模层间错动及其关系进行了系统研究。另外还在坝址区选取重点区段进行了岩体结构特征研究，采用Monte Carlo方法进行节理网络模拟，进而评价岩体结构特征和质量。最后对破裂系统的工程影响进行了讨论。本次论文研究主要获得以下五个方面的认识：一、乌江构皮滩电站二叠系-三叠系碳酸盐岩系内发育了复杂的网络状破裂，由不同尺度、不同性质、不同形式及不同序列的结构面构成。其大的构造背景主要是北东向构造，其次是近南北向构造和东西向构造。坝区绝大多数破裂系统形成于上地壳脆性域内，服从摩擦流变学原理及其本构定律，孔隙流体压力在破裂的形成和发展过程中，起到了重要的作用。二、根据破裂系统几何学、运动学、流变学标志，将其分为7套系统，其中第1套系统滑塌变形形成于燕山前期，主要在尚未成岩的软沉积阶段，重力作用下失稳形成;第2至5套系统为燕山期地壳变形的伴生裂隙，坝区裂隙的愈合主要在这一阶段;第6至7套系统为喜山期在隆升体制背景下形成，这一阶段坝区部分裂隙遭受溶蚀。在三维空间上，坝区岩体尺度上的破裂框架主要由三组(NWW向、NNW向和NE向)较大的破裂构筑而成，并与其他规模较小的破裂系统一起，形成了坝区复杂的破裂网络。这三组破裂均为燕山期地壳变形的伴生裂隙，经历了不止一期的构造活动影响，特别是NE向醒目的顺层滑动。这三组主要破裂，将构皮滩电站工程坝区岩体分割成大小不一的块体，使岩体丧失了完整性和降低了内聚力。岩体内部结构的不均一性更为明显。而且，随着库区的蓄水，坝区原有的地应力平衡状态必将丧失，坝址的应力调整将主要围绕这三组破裂进行，这种应力调整可能引发的力学行为，值得长期密切关注。三、坝址栖霞组和茅口组地层中发育多个较大型的顺层滑动面，是电站工程关注的地质问题之一。除了纵弯褶皱作用外，它的形成与水力破裂(hydraulic fracturing)作用密切相关。据Sibson(1990)，水力破裂发生的条件为：σ<,1>-σ<,3>＜4T P<,f>＞σ<,3>+T式中：σ<,1>、σ<,3>分别为最大主压应力、最小主压应力，P<,f>为孔隙流体压力，T为岩石抗张强度。若以长江水利委员会勘察设计院提供的构皮滩水电站坝区地层岩石物理力学参数建议值为参考，在超流体静压力体制下，较低的差异应力(4～6MPa)就会导致其地层岩石发生水力破裂。流体包裹体是流体活动的直接证据，它直接记录了热流体活动期次和温度范围。流体包裹体测试结果显示，坝区方解石的均一温度有四个区间，反映出可能存在四期流体活动，即10～30℃、130～210℃、250～270℃、290～330℃，其中130～210℃为该地区的主期流体活动。另由各单个样品所表现出来的特点综合判断，主期流体可能存在二到三幕的活动。结合区域构造变形，推断坝区水力破裂主要发生于燕山期，第一次大规模水力破裂可能发生于燕山前期或早期，大的背景为流体相对活跃，而构造活动相对较弱。水力破裂的成因与多种因素有关，坝区岩性及地层组合为水力破裂的发生提供了前提条件及物质基础;构造作用则是触发因素;不渗透障岩层的影响、不均衡压实、构造作用以及高温流体的膨胀作用导致了超压异常现象的产生，最后导致水力破裂的发生，水力破裂的发生促进了层间错动尤其是大型顺层滑动面的形成。而从流变学观点看，这种大型滑动面的形成为流体压力、应变局部化及变质和应变分解作用的必然结果。四、野外调查及结构面网络模拟分析表明，坝肩岩体结构主要为块状、整体状结构，局部位置层理较为发育，总体工程性质较好;缓倾角结构面发育很少，部分裂隙面存在泥膜或被黄泥贯入，可能对岩体强度有一定程度影响：结构面的产状基本服从正态分布，而隙宽和迹长基本服从负指数分布;从结构面连通网络图可以看出，各组结构面长短交错，使得结构面连通性较好，尤其层面多为贯通性的结构面，半迹长一般大于5m，极少数超过20m，与多组结构面相交;其他结构面的迹长相对较小，半迹

关键词：裂隙系统水力破裂层间错动结构面网络模拟岩体结构乌江构皮滩水电站

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鄂西三叠系灰岩岩体的REV及强度参数研究

鄂西三叠系灰岩岩体的REV及强度参数研究

引用

作者：王旭中国地质大学

学位级别：硕士

岩体是赋存于地质环境中经历过变形与破坏改造的，并且具有一定岩石成分及特定结构的地质体。完整岩体多受到各类地质作用而被结构面切割成复杂的节理岩体。由于结构面的存在，改变了岩体原来均匀、各向同性的性质，形成了一种非均匀、... 详细信息

岩体是赋存于地质环境中经历过变形与破坏改造的，并且具有一定岩石成分及特定结构的地质体。完整岩体多受到各类地质作用而被结构面切割成复杂的节理岩体。由于结构面的存在，改变了岩体原来均匀、各向同性的性质，形成了一种非均匀、非线性、各向异性的特点。节理岩体的强度取决于岩石本身和结构面的强度，同时需要考虑岩体中结构面不同组合形式所导致的完整岩石(体)强度弱化效应。研究岩体强度特性，是进行工程稳定性评价和设计的前提和基础。近年来，随着中国经济的高速发展，对基础建设的需求不断扩大，国内岩体工程建设因此迅速发展。尤其是中国西部大开发战略实施以来，为了充分开发和利用西部的资源，越来越多的能源、交通、矿山、水利等工程活动建造在西部地区，与岩体有关的工程活动越来越占据显要地位，相应地对岩体强度、变形、渗透性及破坏规律等相关的基础性研究也将会受到普遍的重视和关注。在以往的工程实践中，由于对岩体强度特性认识不足，造成工程失事和破坏不乏其例。因此，为了工程的安全和经济性，必须对工程岩体的稳定性进行评价。这种工程岩体稳定性的评价关键就在于如何合理地确定岩体的强度参数。目前，在工程设计中，对强度参数有很多种估算方法，如原位试验法、经验类比法、岩体质量评分体系方法、位移反分析法、模糊数学法、人工神经网络法等。这些新理论、新方法的加入，大大地促进了岩体力学的发展，都能较好地求取结构面或岩体的强度参数，但都不是一种很完善的方法，存在着一些问题。基于此，本文围绕着节理岩体的强度性质进行了系统研究，建立了用计算机数值试验方法计算节理岩体等效强度参数及REV的一套方法，并用于鄂西三叠系灰岩岩体工程实例。重点探讨了强度参数的尺寸效应与节理岩体的表征单元体(REV)这一岩体力学的基本问题之间的关系，对在工程中合理选取岩体强度参数取值具有理论指导意义和应用价值。本文采用的研究思路如下：首先对研究区域进行地质背景调查与分析，对三叠系灰岩结构面进行分类与组系划分，掌握结构面的分布规律，采用Monte-Carlo随机模拟方法生成随机岩体结构面网络模型，以此作为研究节理岩体表征单元体强度REV的基础。进而利用计算机数值试验方法研究了节理岩体强度特性的尺寸效应及相应的强度REV的确定方法。将节理岩体概化为由岩块和结构面两种材料组成的二元结构，建立计算机数值试验分析模型；对于一定尺寸的灰岩岩体区域，在数值试验模型上施加荷载模拟岩体力学试验，通过计算机数值试验计算确定岩体的强度参数值；不断改变岩体区域大小，重复进行计算机数值试验，获得岩体强度参数随岩体体积的变化规律，如当岩体体积增加到某一确定值，其强度参数值趋于稳定，则此体积就是该节理岩体的强度意义上的表征单元体REV大小，所得到的强度参数值也就为节理岩体的等效强度参数值。针对上述思路，本文的主要内容如下： (1)节理岩体的强度参数及表征单元体研究是岩体力学的基本问题，应该加以重视并进行深入研究。分析了室内外试验确定岩体强度参数方面的局限性，对节理岩体表征单元体(REV)的定义进行了介绍，分析了其力学意义。节理岩体表征单元体的大小可以作为准确选择岩体介质类型的定量标准，也是合理选择与等效连续介质模型相关的力学参数的重要依据。另外，岩体强度性质是与REV相关联的，存在尺寸效应，离开REV谈岩体强度性质没有任何意义。研究岩体强度参数随体积的变化规律是确定岩体强度以及强度REV的基本方法。 (2)鄂西地区在建的多项工程(如马水河特大桥、清江特大桥、小河特大桥等)均以三叠系灰岩为主，由于发育在岩体中的各种结构面均具有明显的方向性，受结构面的影响，岩体的工程性质呈现显著的各向异性。从工程地质学的角度，分析了鄂西三叠系灰岩岩体的地质构造形态、构造演化历史、地形地貌状况等因素，在此基础上对研究区岩体内的结构面进行分组、分期，以典型岩体工程的岩体结构面统计为实例进行印证，以期为建立合理的岩体力学模型奠定基础。 (3)岩体结构的节理裂隙性是岩体REV问题存在的根本原因。因此，岩体中随机结构面的精细描述是研究节理岩体REV及等效强度参数的基础。运用Monte-Carlo随机模拟方法建立节理岩体的结构面网络模型(岩体概化模型)，即如何根据实测统计确立的结构面几何参数概率模型，通过随机模拟，得到服从该统计概率模型的结构面网络图的具体过程，并就如何确定测线长度、如何估算结构面迹长等问题，展开了深入地讨论。 (4)研究了在结构面网络模型转化为有限元力学计算模型中如何实现优势结构面网络概化、岩体块体划分、结构体及其单元划分等问题。 (5)基于岩体力学三轴试验原理，论文提出了采用有限元数值分析方法确定岩

关键词：节理岩体表征单元体REV 强度参数尺寸效应结构面网络模拟计算机数值试验

来源：评论

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复杂节理岩体离散块体建模及其工程应用

复杂节理岩体离散块体建模及其工程应用

引用

作者：陈力长沙理工大学

学位级别：硕士

土木工程建设中,经常遇到工程岩体的稳定性问题。由于岩体的复杂结构特性,如何正确的模拟复杂节理岩质边坡并分析其稳定性一直以来是岩石力学中的一个难题。而块体模型在结构性岩体的分析方面具有连续介质分析方法无法替代的优势和特点... 详细信息

土木工程建设中,经常遇到工程岩体的稳定性问题。由于岩体的复杂结构特性,如何正确的模拟复杂节理岩质边坡并分析其稳定性一直以来是岩石力学中的一个难题。而块体模型在结构性岩体的分析方面具有连续介质分析方法无法替代的优势和特点,现已成为分析复杂节理岩体稳定性的主要方法。块体模型分析方法中,模型的几何建立是很关键的,其直接反应了结构面的分布规律。因为结构面控制了岩体力学性能,所建立的块体模型也控制了分析结果,其对分析结果的影响远远大于连续体分析的模型如有限元模型。然而迄今为止,以离散单元法(Discrete Element Method, DEM)等分析方法为代表的块体模型分析方法,仍无法在岩体工程分析中表现出与有限元等连续介质分析方法同样的受到重视并发挥其作用;同时其发展和应用仍然受到一些关键技术的制约和影响,其难点之一就是如何快速的建立与岩体结构面分布规律相符合的块体分析模型。本文利用结构面网络模拟技术的优势,通过Matlab编程对模拟的岩体节理数据做了预处理,自动生成结构面网络模拟图和离散元软件UDEC的建模命令文件。在UDEC软件中调入建模命令文件,就可以快速得到与节理分布模型对应的块体分析模型。结合边坡实例,将生成的块体分析模型进行边坡稳定性分析,通过与UDEC原有的统计节理生成器生成的块体分析模型相比较,发现本文建立的块体分析模型,其块体划分符合岩体结构面的分布规律,而且所计算的安全系数离散程度较小。实例说明了本文的建模方案行之有效,为复杂节理岩体块体分析模型建模提供了一有效途径。

关键词：结构面网络模拟节理岩体模型 UDEC 离散单元法

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基于地质体仿真模拟的边坡滑裂面搜索及比较分析

基于地质体仿真模拟的边坡滑裂面搜索及比较分析

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作者：王海波河海大学

学位级别：硕士

岩质高边坡稳定性分析一直以来就是国内外岩土界研究的热点之一。目前随着国内大型水电项目以及其他基础项目的不断建设，对岩质高边坡的分析研究更是日益迫切。本文正是围绕着岩质高边坡的滑裂面搜索这一研究内容，具体作了以下三个方... 详细信息

岩质高边坡稳定性分析一直以来就是国内外岩土界研究的热点之一。目前随着国内大型水电项目以及其他基础项目的不断建设，对岩质高边坡的分析研究更是日益迫切。本文正是围绕着岩质高边坡的滑裂面搜索这一研究内容，具体作了以下三个方面的工作。 1)对岩体的基本属性的认识和研究现状进行了概述，尤其对于岩体随机结构面网络模拟技术的基本原理、基本方法以及当前的模拟水平进行了阐述，并通过计算机语言编制了以随机网络模拟技术和处理特定结构面的空间插值技术为基础的边坡三维地质体的仿真模拟系统。 2)在岩质边坡稳定性分析方面，重点研究了边坡危险滑裂面的搜索技术。在对当前三种常见的智能优化搜索算法评价基础上，提出了一种基于改进型A*算法的滑裂面搜索技术，并实现了相应程序的编制。 3)结合锦屏一级水电站工程中典型的高边坡稳定性评价问题，应用上述开发的程序重点分析了锦屏一级水电站工程右岸尾水洞出水口边坡的稳定性问题，最后分析的结果符合工程实际情况。

关键词：边坡结构面网络模拟智能算法滑动面搜索稳定性分析

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巴东云沱狮子包边坡稳定性块体理论应用研究

巴东云沱狮子包边坡稳定性块体理论应用研究

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作者：尹锡杰中国地质大学

学位级别：硕士

我国是一个多山的国家,山区面积占国土陆地面积的70%。工程建设中越来越重视边坡工程问题。研究边坡稳定性,可以为工程规划与设计方案的比选、工程开挖、支护、监测等提供更加合理可靠的依据。因此,研究边坡稳定性具有重要的工程意义及... 详细信息

我国是一个多山的国家,山区面积占国土陆地面积的70%。工程建设中越来越重视边坡工程问题。研究边坡稳定性,可以为工程规划与设计方案的比选、工程开挖、支护、监测等提供更加合理可靠的依据。因此,研究边坡稳定性具有重要的工程意义及社会意义。研究岩质边坡稳定性问题,必须首先研究边坡中的岩体,而岩体是由岩块和结构面组成的复杂。通常情况下,结构面的存在及其强度,控制着岩体的强度及稳定性。实际的工程岩体,其变形失稳往往由于结构面发生张开、闭合、错动等而引起,而岩块的力学性能通常比结构面高得多,其变形相对小得多,若不存在结构面时也稳定得多。因此,研究结构面对岩体稳定性研究至关重要。块体理论能有效地研究在结构面切割下的岩体稳定性问题。块体理论用于分析不同产状的结构面切割能否形成块体,块体能否在不同的开挖面上出现,以及块体的形态特征,失稳模式等;在块体稳定性力学分析中,根据极限平衡分析思想,计算块体稳定性系数,搜索判断关键块体,并指导工程支护。结合导师课题,本论文采用块体理论研究边坡稳定性,在建立边坡几何结构模型基础上,实现基于结构面网络模拟的三维随机关键块体搜索,判断的方法,实现边坡稳定性状况分析,并应用于云沱狮子包边坡工程实例研究。论文主要内容如下:对目前国内外块体理论研究及工程应用现状进行了较系统总结,简要介绍块体理论研究岩体稳定性的基本方法和块体理论在边坡稳定性问题中的应用,研究了结构面三维随机网络模拟和边坡几何结构模型以及基于此的三维随机关键块体搜索、判断,并将其应用于巴东云沱狮子包边坡,对该边坡进行稳定性分析和锚固防护设计。在工程实例块体稳定性分析中,首先对边坡区进行工程地质调查,对区内结构面分级。根据研究区内地质构造情况和生成演化历史,进行优势结构面分组。优势结构面各参数（倾向、倾角、迹长、隙宽、间距等）符合统计分布规律。结合前人研究成果,确定各组优势结构面各参数概率模型和特征值。在地质调查和结构面统计分析基础上,利用ANSYS强大的前处理功能,应用Monte-Carlo法建立边坡几何结构模型。直接生成由结构面切割所成的边坡块体,解决了块体是否存在的判断问题。利用编程手段将组成边坡块体几何信息采集处理。根据组成块体面向上法线向量对面进行分类,面的类别对应各组优势结构面和开挖面及边界面:根据块体质心和面的向上法线向量确定块体和面的上下关系;根据组成块体的面的分类及其和块体的上下关系,确定块体的编号。这样,为块体理论进一步分析建立了边坡几何结构模型和需要的几何数据信息。然后利用块体理论分析块体,根据“有形即有限”原理和实例中边坡面情况确定在赤平投影图上,可动块体是开挖面的圆内孤立部分。对块体进行力学分析,重力为主动力合力,边坡中的块体可以产生沿单面Si滑动运动和沿双面Sij滑动,其滑动方向S分别是力在滑动面Pi的投影和面Pi、Pj的交线。在赤平投影图上,根据滑动形式的判断原则判断各滑动形式下对应的块体锥编号,结合几何可动块体确定不稳定块体及其对应的可能滑动形式。根据边坡工程地质条件和试验数据,确定结构面强度参数,计算各块体剩余下滑力F,当F≥0,时块体为关键块体;当F＜0时为稳定块体。按照“有限—可动—可能失稳块体—关键块体”的搜索判断步骤,对边坡模型数据信息进行一步步判断,最终确定关键块体,据此达到了对三维随机关键块体搜索判断的目的。通过关键块体几何形态判断和稳定性系数计算等确定边坡整体稳定性状况。关键块体有不同的运动形式和几何形态及规模,反应着其破坏程度和在边坡稳定性中的地位。对关键块体进行分析,有利于掌握规律,指导进一步防护设计。关键块体的数量、几何参数,表征关键块体大小的块体体积、块体在边坡临空面上的面积及其壁后延伸,可以用于表征关键块体的规模及其危害性。这三者之间存在几何运算关系,分布规律相同。对关键块体几何形态分析发现,面积越小的块体数量越多。通过分析关键块体数量、面积和体积在边坡临空面上所占比率分析发现,面积百分比最大,数量次之,体积最小。说明关键块体在三维空间展布中,沿着边坡面的二维方向占绝对优势,而垂直坡面方向不是很发育。同时,对于以Sij为滑动形式的块体,其对边坡稳定性影响的程度也与结构面Pi、Pj的夹角有关。夹角越大,越不利于边坡整体稳定性。研究表明,若关键块体在临空面上的面积达到某一程度,则边坡整体稳定性不满足边坡稳定要求,需对边坡进行加固防治处理。对块状边坡中不稳定块体通常采用预应力锚杆、喷锚等方法进行加固处理。对块体规模稍小的块体,一般采用系统锚杆和加强锚杆相结合的方式。锚杆的长度考虑不稳定块体的等效半径,也即壁后延伸。系统锚杆对随机块体进行锚固,最优间距应综合考虑典型块体的剩余下滑力、锚杆的直径和砂浆的强度等因素计算确定

关键词：边坡稳定性块体理论结构面网络模拟三维随机关键块体搜索 ANSYS

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峨胜石灰石矿山露采高边坡岩体结构特征及其强度参数研究

峨胜石灰石矿山露采高边坡岩体结构特征及其强度参数研究

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作者：李俊中国地质大学

学位级别：硕士

随着我国经济建设的高速发展,基础建设与资源开采的规模不断扩大,随之也面临着大量的工程地质难题。尤其是在石灰石矿山的开采过程中,往往会形成大规模、工程地质条件复杂的高边坡。往往也正是由组成高边坡的节理岩体决定了矿山高边坡... 详细信息

随着我国经济建设的高速发展,基础建设与资源开采的规模不断扩大,随之也面临着大量的工程地质难题。尤其是在石灰石矿山的开采过程中,往往会形成大规模、工程地质条件复杂的高边坡。往往也正是由组成高边坡的节理岩体决定了矿山高边坡的稳定性。节理岩体是由结构面与完整岩石组合而成的复杂综合体。正是节理岩体结构的复杂性决定了其力学性质的非均匀、非线性和各向异性。节理岩体的强度特性不仅受其内部岩石与结构面强度的影响,同时也受到结构面不同组合形式对强度的劣化作用。对节理岩体结构特征及强度参数的研究是进行岩体工程力学性质评价与稳定性分析的重要环节。本文以峨胜石灰石矿山露采高边坡岩体为研究对象,对节理岩体强度参数特性进行了系统研究。在野外工程地质调查与地质资料收集统计的基础上,结合三维离散元数值计算方法和经验估算方法,对节理岩体强度参数的尺寸效应与各向异性进行了探讨,并对岩体工程中合理选取节理岩体强度参数提供了参考。本文的研究内容如下:(1)对研究区进行工程地质调查与分析,进一步以岩体结构差异对研究区进行分区。采用测线法对每个区进行现场结构面测量与统计。Ⅰ区测量结构面50条,含优势结构面一组;Ⅱ区测量结构面106条,含优势结构面两组;Ⅲ区测量结构面323条,含优势结构面四组。(2)结合图解法和改进的快速聚类分析法,对各区优势结构面进行了统计分组。进一步采用概率图法得出了对各区结构面的几何特征参数的概率分布类型。结果显示结构面倾向和倾角大部分符合正态分布规律,少数符合均匀分布。结构面间距和半迹长则符合负指数分布规律。(3)以结构面几何分布概率模型为基础,结合蒙特卡洛法与Fish编程语言实现了在3DEC软件中三维结构面网络模型的建立。分析各区网络模型可知,其中一区岩体结构完整性好,仅受岩层面切割。二区受两组互相垂直节理切割,岩体呈块状结构。三区岩体受四组优势结构面切割,岩体完整性较差。(4)在三维结构面网络模型基础上,进一步实现了三种岩体结构下的等围压三轴数值试验,其中对于随机节理岩体模型采用了DFN裂隙网络模型和蒙特卡罗法相结合,使数值计算能够比较真实的模拟实际岩体的受力状态。对岩体强度参数的各向异性和尺寸效应进行了研究。结果表明不同岩体结构的岩体其尺寸效应和各向异性也不同。受结构面切割程度越高,岩体尺寸效应趋于明显,而各向异性会相对减弱。(5)结合离散元数值计算结果、RMR评分系统和GSI评分系统下Hoek-Brown强度准则对研究区节理岩体强度参数进行估算。结果显示三种方法得出的岩体强度参数中,RMR评分系统最小、GSI评分系统中等,离散元数值方法最大。

关键词：节理岩体结构面网络模拟强度参数离散元各向异性尺寸效应

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降雨裂隙渗流对岩质边坡稳定的影响分析

降雨裂隙渗流对岩质边坡稳定的影响分析

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作者：汪旭涛中国地质大学（武汉）

学位级别：硕士

由于降雨导致边坡失稳进而影响交通的情况越来越多，降雨对边坡的稳定性影响非常大。对于岩质边坡，降雨裂隙入渗对其稳定性同样具有巨大的影响，裂隙岩体降雨入渗主要体现为裂隙渗流。本文针对河南省南召县一公路岩质边坡(后简称南召... 详细信息

由于降雨导致边坡失稳进而影响交通的情况越来越多，降雨对边坡的稳定性影响非常大。对于岩质边坡，降雨裂隙入渗对其稳定性同样具有巨大的影响，裂隙岩体降雨入渗主要体现为裂隙渗流。本文针对河南省南召县一公路岩质边坡(后简称南召岩质边坡)，首先全面分析水对边坡稳定性的影响，引入非饱和土的抗剪理论，对地表裂隙入渗对岩质边坡稳定性的影响机理进行深入定性的探讨。在分析总结裂隙渗流特性和规律基础上，将结构面网络模拟应用于岩体裂隙网络特征研究，有效的解决了岩体的等效渗透参数，为下文的渗流场的模拟分析提供有力计算数据。然后应用有限元分析软件Geoslope中SEEP模块对南召岩质边坡在不同降雨入渗工况下进行了渗流场的模拟分析，得出了不同工况下边坡岩体内的渗流场，并在此基础上，考虑非饱和带基质吸力和暂态附加水荷载的影响，利用有限元分析软件Geoslope中SLOPE/W模块对该岩质边坡在不同工况渗流场影响下进行极限平衡稳定性分析计算，分别得出不同工况下的稳定性系数。最后分析总结在该岩质边坡降雨裂隙入渗过程中，降雨入渗强度、降雨入渗持续时间等重要参数对岩质边坡渗流场及稳定性的影响规律，进而分析降雨裂隙入渗对该岩质边坡稳定性的影响。\n 本文主要成果：\n (1)全面分析水对边坡稳定性的影响，并引入非饱和土的抗剪理论，对地表裂隙入渗对岩质边坡稳定性的影响机理进行深入的探讨；\n (2)综述裂隙岩体渗流特性及规律，采用岩体结构面网络模拟Monte-Carlo研究岩质边坡裂隙特征，并求解其等效渗透系数；\n (3)利用有限元分析软件Geoslope中SEEP模块对南召岩质边坡在不同工况下的渗流场进行模拟分析，分别得出其孔隙水压力等值云彩图；\n (4)在上述饱和非饱和渗流场计算结果的基础上，考虑非饱和带基质吸力和暂态附加水荷载的影响，利用有限元分析软件Geoslope中SLOPE/W模块对降雨入渗情况下南召岩质边坡进行极限平衡稳定性分析计算，分别得到不同工况下的稳定性系数，使计算结果更符合工程实际：\n (5)分析总结南召岩质边坡在裂隙入渗过程中，降雨强度、降雨持时等重要参数对该边坡渗流场及稳定性的影响规律，进而分析裂隙渗流对岩质边坡稳定性的影响。

关键词：降雨裂隙渗流边坡失稳岩质边坡渗流场结构面网络模拟

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