凸块体的一种几何建构方法

块体的描述和建构是工程岩体稳定分析过程中不可或缺的重要环节。方程表示是描述和建构工程开挖面上所有可能出现的块体几何模型的有效途径。现有块体建构方法没有采用凸块体方程表示这种途径,其结果虽然可以建构任意复杂的块体,但由于缺少配套的参数化描述方法,所建构的块体难以得到精确的几何描述。为此,提出凸块体的一种几何建构方法。首先,建立了以边界平面的单位外法向量和原点距为输入变量的凸多面体的一种方程表示形式;其次,给出了凸多面体方程的基于单纯形方法的一种求解算法,以及输入变量的辨识方法;最后,引入控制变量,建立了凸块体的几何建构方法。通过算例,演示了工程开挖面上所有可能出现的类型、任意形状和大小的凸块体的参数化描述能力和几何建构能力。     

基于有限结构面的三维复杂块体切割研究

岩体的块体结构和结构面网络模型生成,是进行各种力学分析和场分析的基础。详细研究了有限结构面进行复杂块体切割的过程,提出了相应的算法,并采用C++语言编写了相应的程序。为描述块体切割后的复连通特性,在块体数据结构中添加了有向壳的概念。结构面可以为简单的凸多边形,也可采用形态更加复杂的凹多边形。通过面-面求交线、交线环路搜索形成有向环、有向环包含关系分析形成有向面、有向面拓扑搜索形成有向壳和有向壳包含关系分析形成块体等过程,将有限结构面分别与各块体进行切割运算,形成进行块体切割的一般方法。在切割过程中将得到的有向环,有向面、有向壳和块体分别进行拓扑有效性校核,满足要求后得到最终的块体和结构面网络模型。选取4个算例来验证该方法的可行性。计算结果表明,该方法可以对复杂块体进行有效地切割,结构面可以选择包括凹形面在内的复杂多边形,方法具有普遍意义。     

基于三维裂隙网络模拟的有限块体面积判断法

水工建筑物深开挖边坡中大量出现的随机楔体,他们是由广泛分布于裂隙岩体中的结构面切割而成。首先应用随机不连续面三维网络模拟技术建立不连续的概率模型,在此基础上,搜索出临空面迹线上所有的闭合凸多变形,根据文中提出的“面积判断”法,判断块体是否为有限块体。工程实例模拟的结果说明了该方法的合理性。     

三维随机裂隙岩体渗流分析的块体单元法

岩体中的裂隙分布具有随机性,且渗流主要通过裂隙面进行。运用蒙特卡罗法模拟生成岩体中的随机裂隙面,基于矢体的概念,实现了包括凹块体和多连通体在内的三维随机裂隙岩体的块体单元自动识别。假定岩块不透水、渗流仅通过裂隙面进行,建立了三维随机裂隙岩体渗流分析的块体单元法。通过算例分析,验证了所提方法的准确性和有效性。     

地下矿山裂隙岩体结构均质区三维划分方法研究

针对现有岩体结构均质区划分方法应用于地下矿山时存在细节辨识能力偏弱等问题,开展地下矿山岩体结构均质区三维精确划分方法研究。以广西铜坑矿锌多金属矿体3^#矿块为例,从岩体空间结构展布特性出发,构建由确定性与随机性结构面耦合的裂隙岩体三维模型;将岩体模型正交网格离散化,并选取模型网格子区的块体化程度值为均质区划分判据;利用K-means算法衡量不同数据源(网格)的相似性,结合误差平方和(SSE)度量聚类质量;最后重构三维岩体结构均质区,形成了一种地下矿山岩体结构均质区三维划分方法。研究成果表明:利用该方法能够从三维角度精确划分地下矿山岩体结构均质区,可为后续岩体质量评价及岩体离散元模拟的模型构建等工作提供有益参考。     

裂隙岩体一般块体理论初步

本文在前人工作的基础上提出了一种通用方法解决任意大小裂隙、任意形状工程岩体的岩石块体识别及稳定性计算问题。在这一方法中裂隙既可以是实测裂隙也可以是通过随机模拟方法生成的随机裂隙,工程岩体可以是任意由多面体组合成的形状,如复杂边坡或地下洞室,而且岩体和裂隙面可以是非均质的。这一通用过程被称为一般块体理论。它克服了关键块体理论(或楔形体法)中存在的弱点:即把裂隙假设为无限大的不连续面,因此无法预测岩石块体的数量和位置,而且一般只能识别出简单形状的凸形体。它在块体识别的同时将复杂的块体分解为几个简单的凸形块体,从而使复杂块体的几何描述、体积及重力计算、力学分析、可视化表示等一系列问题大大简化。在对一公路边坡的裂隙进行了详细观测之后,利用本文的方法进行了块体识别和稳定性分析,对本文的研究进行初步的验证。     

基于自由面上环路对应节理无限切割的关键块体搜索

关键块体理论在评价工程裂隙岩体稳定性中得到了广泛应用。然而,一方面岩体中节理数量众多,关键块体的搜索将耗费较多机时;另一方面,极少数偶然出现的块体识别也会极大地增加计算量。因此,开发有针对性和灵活的关键块体搜索方法就非常重要。首先将研究区域分解成凸子区域,找出自由面上的闭合环路,然后利用环路的组成节理以及与其相交节理进行空间无限切割来识别该环路是否对应关键块体。该方法针对性强,能较好地适应人为规定的判别条件,如搜索楔形体以及后缘切割限定等,并能顺利实现凹面体的关键块体搜索,且编程实现简单。以某挂帮矿的顶柱为实例进行关键块体的搜索,验证了上述方法的可行性。     

一般块体方法理论解验证

裂隙岩体一般块体方法能够解决任意大小裂隙、任意形状工程岩体的岩石块体识别及稳定性计算问题。它在块体识别的过程中,将复杂的块体分解为若干个简单的凸形块体,从而使复杂块体的一系列问题大大简化。边坡和地下硐室是野外最常见的岩体建筑物,本文分别选择了一个边坡和一个地下硐室,从块体识别、块体规模、下滑力、摩擦力、粘滞力、稳定性系数等角度对该方法进行了验证。通过解析的方法求得上述两种模型中各个物理量的解,然后把求得的这些解析解与一般块体算法和程序的求解结果进行了比较。结果表明,一般块体方法的算法与程序是正确的。     

岩体中不连续块体的力学分析方法

为了利用损伤力学理论分析岩体结构中的不连续块体,作者首先介绍了不连续块体的裂隙面积密度和等效损伤体等概念,进而分析了等效损伤体的损伤张量和真应力。在提出平均有效应力的概念之后,完成了有限单元法的离散化过程,最后给出了一个完整的计算不连续块体的数值方法。     

三峡工程船闸高边坡岩体稳定性预测方法研究

三峡船闸高边坡岩体稳定性主要影响因素为结构面发育情况。施工期地质超前预报,着重从结构面网络角度进行处理,其方法为：编录统计整理结构面,建立高边坡的三维立体网络图形;岩体质量分析,进行概率模型与确定性模型的耦合模拟;块体判断分析,对临空面块体、内部块体进行判断、搜索、分析;稳定性计算分析。