节理岩体的块体尺寸特征分析及其可靠度评价

通过对块体形成机制的讨论,根据岩体内节理面间距分布的随机性,分析了不同尺寸块体的出现概率。在计算块体的可靠度时,考虑了结构面的产状,粘结系数,磨擦系数等多个随机因素的影响。     

节理岩体三维块体系统面向对象的数据结构

节理岩体三维块体系统的数据结构直接关系到三维块体计算程序开发的难易及程序运行的效率。由于岩体三信块体的任意性、复杂性，使其数据的组织有相当的困难，采用面向对象的设计思想，在C＋＋语言环境下，对三维块体系统的数据结构进行了研究与开发，获得了满意的结果。     

应用三维节理网络模拟技术进行隧道块体危岩超前地质预报

通过对白山市石碑岭公路隧道Ｋ２４１＋２９０－２５５段网络模拟,剖面切割,块体搜索及稳定性分析,从而进行块体危岩超前地质预报。     

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。     

断层与追踪破裂面构成不稳定块体的岩坡分析方法

本文探讨存在单一断层斜切岩石边坡时，断层与追踪破裂面所形成的三维块体的稳定性分析方法。分析表明，如果断层排水条件不好，或断层强度值比岩体低很多，则有可能发生由断层和横切岩体的某一追踪破裂面构成滑移契体。可见，断层的水压作用是非常显著的，并以峨口铁矿山墙坪断层斜切南帮的稳定性分析为例。     

岩体节理体积频率的计算方法及工程应用

利用Monte-Carlo原理进行三维结构面网络模拟是研究岩体内节理面发育规律最常用的技术手段,节理体积频率(v)则是影响结构面网络模拟正确与否的关键参数之一,需要根据野外实测节理线频率()进行换算。利用三维结构面网络模拟程序,提出了基于线频率反演节理体积频率的新思路。首先赋给某组节理一个初始体积频率,利用三维结构面网络模拟程序,生成只包含该组节理的三维网络模型样本,计算此模型中该组节理在测线方向上的线频率,不同体积频率(v)对应不同线频率(),进而可建立两者的函数关系,最后将测线方向上该组节理的线频率带入该函数即可确定其体积频率。以贵州省息烽县鱼简河水库坝址区岩体为例,按照上述思路根据测线法统计数据计算了节理体积频率,结果表明v与之间呈现出高度的线性关系。当节理圆盘半径服从对数正态分布时,v与max 的比值约为0.4~1.0,而当节理圆盘半径服从负指数分布时,v与max 的比值约为1.3~3.5。最后依据《工程岩体分级标准(GB50218-94)》 表3.3.1、 表3.4.3和 表3.4.4,分别基于线频率和体积频率对鱼简河水库坝肩岩体完整性进行了评价,结果表明,后者评价结果的可信度比前者高。     

变质片岩区边坡稳定性的块体理论分析

变质片岩区的边坡破坏与结构面和坡面的组合密切相关,块体理论在分析结构面和坡面组合方面有独特的优势。本文以秦岭北坡西安市黑河水库左岸108国道边坡为例,说明变质片岩区边坡稳定性的块体理论分析方法。作为准备工作,本文编制了块体理论相关程序和制作等密度图的相关程序。通过现场调查,本文将黑河库区108国道沿线边坡分成了15段,其中有4个潜在崩塌段。针对这4个潜在崩塌段,本文在每段中选取一个典型点,借助自编程序,使用块体理论分析方法寻找可动块体、关键块体并计算剩余下滑力。计算所得关键块体的结构面组合形式和实际相吻合,所得剩余下滑力计算结果表明4个潜在崩塌段中有3段崩塌危险性较高,且需要采取工程措施以防止崩塌阻断108国道。说明了变质片岩区边坡稳定性的块体理论分析方法,对变质片岩区其他工程具有一定借鉴意义。     

节理面按产状的模糊聚类及其优势方位的确定

分析了已有的几种对节理面按产状分组方法的不足，指出应用模糊聚类对节理进行分组的原由。为了构造模糊矩阵，矩阵中的元素取为两节理面锐夹角的余弦，即两节理面向上的单位法向矢量点积的绝对值。对某组节理面向上的单位法向量进行部分反向后，其矢量之和对应的产状即为该组节理面的优势方位。     

锦屏二级水电站皮带机隧洞关键块体的概率分析

锦屏二级水电站皮带机隧洞岩体不连续面发育,确定隧洞开挖面是否可能产生关键块体具有重要实际意义。在对皮带机隧洞详细的地质调查和研究基础上,把随机概率模型引入关键块体理论,分析锦屏二级水电站皮带机隧洞关键块体的滑落概率,得出迹长和关键块体失稳的概率为反比关系,皮带机隧洞各主要结构面迹长为1~3m的概率较高,含结构面J2的关键块体相对稳定以及顶拱圈的加固将成为皮带机隧洞的支护重点等结论,为设计有效的加固方案提供了依据,具有重要的工程应用价值。     

组合节理面抗剪力学特性的模型试验研究

本文研究了处于同一平面上的两组性能各异、交替出现的子节理面所组成的组合节理面的抗剪力学性质。通过对脆—脆、脆—塑、塑—塑三种类型的组合节理面的模型抗剪试验,得出了组合节理面的抗剪强度与各单体(又称子节理面)材料在组合节理面上所占的面积、单体交替出现的次数及抗剪方向等之间的关系。这些结论在实际工程应用方面有着非常重要的意义。     

一种新型粗糙节理面随机强度模型及其应用

天然岩体在长期地质作用下会生成各种节理裂隙等不连续面,而地下工程结构的稳定性一般取决于这些不连续面的强度。在众多因素中,表面形态对岩石节理面剪切强度具有决定性影响。为了系统研究岩石节理面剪切强度的确定方法,把岩石节理面概化为一系列高度不同的微长方体凸起组成的粗糙表面结构,且微长方体凸起有剪胀破坏和非剪胀破坏两种模式。综合微长方体凸起破坏规律,应用概率密度函数描述节理面表面起伏分布的影响,建立了粗糙节理面随机强度模型,推导了节理面剪切强度理论公式,提出了节理面强度的随机评价方法。基于随机强度模型和评价方法编制Matlab计算程序计算自然粗糙节理面的剪切强度,并将计算结果与试验结果进行比较分析。研究表明:粗糙节理面随机强度模型综合了粗糙节理面表面形态和法向应力对节理剪切强度的影响机制,理论计算值与试验数据吻合良好,可以较好的评价粗糙节理的峰值剪切强度和残余剪切强度。该随机模型可作为进一步深入研究的重要基础,分析结构面的连续剪切过程,建立更完善的节理面强度模型。     

断续节理作用的Interface模型及工程应用

断续节理是影响地下洞室围岩稳定的重要因素,要有效反映其影响提出Interface界面模型模拟断续节理的力学效应。以二滩水电工程大型地下洞室群为背景,对主厂房开挖考虑与不考虑断续节理作用进行了多种地应力工况的数值计算与分析,获得了主厂房洞周在断续节理影响下的位移场和塑性区分布规律,为大型地下工程围岩稳定分析提供了有益的参考。     

由流路长度分布律和坡度分布律确定地貌单位线

根据Rodriguez Iturbe等和Gupta等导得的流域瞬时单位线即为雨滴汇流时间分布密度的结论,基于雨滴汇流时间等于其流路长度与其速度之商的基本关系式,提出了应用概率论理论建立由雨滴的流路长度分布律和速度分布律确定流域瞬时单位线的方法,并提出了由坡度分布律转换成速度分布律的原理和方法,以及由数字高程模型(DEM)自动获取雨滴流路长度分布律和坡度分布律的方法。此外,还应用最大信息熵原理给出了坡度分布密度的解析表达式。实例表明,作为一种新的毋须通过实测降雨径流资料确定流域单位线的方法,具有进一步研究和推广应用的前景。     

基于浪蚀龛和土体临界高度的修正的卡丘金法及其工程应用

水库运行期间库岸再造预测是工程地质领域的重要和热门研究课题之一。基于卡丘金法采用半经验性、半定量的模式,简化了水文地质条件的影响,并忽略了波浪对库岸的掏蚀作用等缺陷,针对土质岸坡,提出了基于浪蚀龛和土体临界高度的卡丘金修正法;建立了库岸再造稳定时限估算方法;并采用极限平衡法、卡丘金法和构建的土质岸坡再造预测方法对三峡库区奉节白马港岸坡进行了塌岸预测。计算结果表明,修正的卡丘金法的计算结果与其他两种预测方法相比偏小,但偏差在8.05 m以内,并通过现阶段库岸地质调查表明,预测结果比较符合实情。研究成果对库岸区域土地资源开发利用及防灾减灾具有积极意义。     

动荷载作用下隧道围岩块体稳定性分析及其应用

隧道围岩中的结构面将岩体切割成块体,块体在自然状态下的静力平衡因为隧道开挖而被打破,临空面的产生和动荷载的施加都可能导致块体的滑移,进而引起围岩失稳。以往应用块体理论寻找关键块体时,多只考虑纯重力的作用,而忽视了爆破振动、地震等动荷载对诱发失稳灾害的重要作用。将爆破振动荷载和地震荷载转化为等效静力,并通过数学计算求出使块体安全系数最低的动荷载方向,再利用关键块体理论矢量分析方法分析隧道围岩的稳定性。在长岗隧道中的应用表明,考虑动荷载作用下的块体安全系数明显小于只考虑重力作用时的安全系数,原本稳定的块体也可能在动荷载作用下变成关键块体导致围岩失稳,这与长岗隧道现场记录的破坏现象相符。     

岩体稳定性评价的模糊概率方法

岩体稳定性受多种不确定性因素的影响,不仅具有随机性,也具有模糊性,属于模糊概率的范畴,利用经典的模糊综合评判方法进行研究将会导致不合理的结果。在模糊概率理论的基础上,建立了一类新的岩体稳定性综合评价方法——模糊概率方法,并提出了模糊权重的概念,从而避免了权重取值带来的不确定性。结合所选取的5个影响岩体稳定性的因素,建立了这5个影响因素的隶属函数与模糊权重;利用该方法对某一地下岩体工程进行分析,并与其他方法评价的结果进行比较,表明了其方法的合理性与可靠性。     

Determination of volume and centroid of irregular blocks by a simplex integration approach for use in discontinuous numerical methods

Conventional integration techniques employed in continuous numerical methods can only be applied to regular blocks such as tetrahedrons or cubes. Therefore using such methods to compute the volume and centroid of blocks restricts the application of discontinuous numerical methods to the analysis of blocky systems. Subdividing a block into sub-blocks may solve this problem, but an algorithm which can be applied to blocks of different shapes has not been introduced. A new procedure for computing the volume and centroid of an arbitrarily shaped block based on area calculation using two-dimensional simplex integration and formulations of three-dimensional simplex integration developed by Shi is introduced in this paper. The new algorithm is easy to program and can be used instead of the complicated and time-consuming mesh generation approach. The proposed algorithm was programmed using VC?+?+?and is verified using an illustrative example.     

边坡稳定分析条块力-位移法及其应用

在现行条分法的基础上,建立了一种全新的边坡条块力-位移分析方法。现行条分法中条块底边的力学参数采用极限平衡状态力学参数,即每个条块底边均处于极限平衡状态,这种极限平衡状态对于残余应力是较为适宜的。采用理想弹塑性模型和一种全新的本构模型描述土条块底边力学特性,并以不平衡推力法为例,提出了临界状态条块的确定方法,针对可能的破坏模式进行了分析,并提出了边坡整体破坏各条块的应力和位移的确定方法,计算出相应的稳定系数,如传统强度折减法、综合下滑力-抗滑力法、主推力法、综合位移法和富余位移法稳定系数。通过计算分析论证了理想弹塑性模型在不改变力学参数的情况下是难以描述边坡渐近破坏过程的,而一种全新的本构模型可以描述渐近破坏各条块的力学行为。提出的条块力-位移法可以确定边坡在不同荷载和位移条件下的稳定性,也可以获得边坡的推力变化和滑面移动特征,进而实施边坡的应力、位移和稳定性的初步预测预报。     

基于系统评价的块体可靠度指标分析及应用

利用条件概率评价及系统工程理论,将关键块体作为块体系统一个重要组成部分,分析了关键块体可靠度指标评价办法,探讨了关键块体与次生关键块可靠度内在关系,由此类推,提出块体系统评价方法,推导出块体系统可靠度计算公式,实现对块体系统的失稳概率的评价计算。并选择一工程实例,对评价方法予以验证。结果表明：传统关键块体可靠度评价办法忽略块体间内在影响,结果偏向风险;而文中方法综合考虑块体之间影响,并建立了系统评价模型,对块体系统评价更接近实际情况,对块体系统理论的研究有一定借鉴意义。