岩体结构面网络模拟技术研究进展

主要介绍了岩体结构面网络模拟技术的研究进展，通过近期的研究，结果面网络模拟技术得到了进一步的完善与发展，特别是三维模拟技术的出现使岩体结构面网络模拟技术更加实用，表现出比二维模拟更大的优势，可以较好地解决空间岩体力学问题，具有良好的应用前景。     

江西某厂区边坡岩体结构面网络模拟研究

基于结构面实测统计原理和方法,建议结构面几何参数概率模型,运用蒙特－卡洛（Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ）模拟原理和方法,进行碉体结构的室内再现。运用该方法对江西亚东水泥厂厂区边坡岩体进行结构面网络模拟和成果分析,从而用于边坡岩体力学和渗透性能和评价,最终为其稳定性评价及支护设计服务。     

基于结构面迹线分形维数的岩体质量评价

针对传统定性或部分定量的岩体质量评价现状,分形理论、神经网络等新方法得到广泛应用。本文基于岩体结构面迹线自相似性的分形特征,应用分形理论对基于数字近景摄影测量技术获取的岩体边坡结构面迹线的分形维数进行研究。以长春市净月采石场一边坡为例,采用方格网覆盖法计算结构面迹线的分形维数,验证了迹线分形特征,并对方格网覆盖法进行改进,采取与研究范围成比例的长方格网覆盖法计算分形维数。分析发现,两种计算方法结果相近,后者在理论上更接近分形原理并且编程更容易实现,迹线数量越多,分形维数越大,岩体越破碎,质量越差。最后,将分形维数与基于摄影测量方法获得的剔除空白区影响的RQD进行对比分析,确定分形维数与RQD的关系式,得到岩体质量定量评价的分形维数指标。研究表明：研究区边坡迹线分形维数为1.22,拟合度为0.98,此边坡岩体质量属于Ⅱ级。改进的长方形格网覆盖法分形维数计算容易实现,计算过程得到简化,结果可靠。得到了以岩体结构面迹线分形维数为指标的岩体质量定量评价方法。     

基于三维结构面网络模拟的岩体变形模量确定方法

变形模量作为表征岩体变形特征的重要参数,是岩体工程设计的基础力学参数之一。在综合前人研究的基础上提出了基于三维结构面网络模拟确定岩体变形模量的方法,编制了三维结构面网络模拟及计算RQD值的程序。以西南山区某水电站坝址区岩体为实例,在概率统计各组优势结构面几何要素分布形式的基础上,采用Monte Carlo法生成三维结构面网络模型,据此获得岩体三维RQD值,利用RMR法进行质量评价和变形模量的确定,并与钻孔资料统计法和原位试验结果进行对比分析。结果表明：基于钻孔资料统计的估算结果与原位试验相对误差达31.62%,且其估算值偏低;基于三维结构面网络模拟的估算结果与原位试验相对误差仅为2.56%,估算结果精度较高。该方法考虑了岩体质量的空间各向异性,对岩体的质量评价和参数确定更为合理,研究成果为该工程的优化设计提供了合理的计算参数。     

岩体结构面三维网络的计算机模拟

岩体结构面三维网络的计算机模拟,是近代计算机技术在岩石力学领域应用的一个重要方面。从现场观测得到的结构面数据只具有一维或二维的分布特征,而且通常包含采样误差。所以必须经过处理,消除采样误差后,才能用体视学的方法推求三维结构面的分布参数。岩体结构面三维网络的数据是根据三维结构面的分布参数,通过蒙特卡罗法抽样生成的。而结构面三维网络的图形显示可用Visual C++结合OpenGL技术实现。因而归纳了最新的对结构面参数测量误差校正的研究成果,并通过一工程实例说明了岩体结构面三维网络模拟的实现步骤。     

利用岩石结构面网络模拟计算岩体带宽连通率及岩体强度参数

岩体中存在的结构面对岩体的力学特性有很大的影响，研究岩体的强度参数，必须弄清结构面在岩体中的分布情况，了解结构面对岩体强度的影响程度。岩体结构面的研究起初是靠人工进行现场测量，不仅耗费人力物力，而且获取的数据代表性不强，还略显粗糙。在计算机应用飞速发展的背景下，利用计算机进行结构面网络模拟的方法浮出水面，并成为现在国内外研究结构面的主要方法之一。此方法在众多的科学研究以及工程建筑领域得到了应用，并在应用之中得到了不断的完善和发展，取得了一定的成果。文章在对计算机结构面网络模拟原理分析的基础上，主要讨论了利用结构面网络模拟计算岩体连通率和岩体强度的方法，其中着重研究了带宽投影法的原理及带宽连通率的计算过程，介绍了利用带宽连通率计算岩体强度参数的方法。利用西北某水电站实际研究中应用此方法的工程实例对成果做了评价，成果与实际情况大体相符。对结构面网络模拟方法做了综合评价：简单易行，省时省力，效果良好。     

基于岩体结构面分布分形维的岩体质量评价

尽管岩体结构面具有空间上的不规则性和结构网络上的复杂性,但由于它又具有自相似的特征,可以运用分形理论来对其进行研究。运用盒计维数法对某矿山巷道围岩体结构面分布的分维数进行计算,验证了岩体结构面分布的分形特征。通过对岩体结构面分布分形维值分布规律的分析发现,分形维数越大、结构面分布越密集,结构面迹线越长,岩体质量越差,表明可将岩体结构面分布的分形维作为岩体质量评价的指标。将计算所得的岩体结构面分布的分维数与按工程岩体分级标准对相应岩体分级所得的岩体质量等级进行对比,提出了一个以岩体结构面分布的分形维作为分级指标的岩体质量评价方案。     

利用"岩体裂隙率"评价工程岩体的质量

本文提出用建立在岩体结构面网络三维模拟基础上的“岩体裂隙率”来表征岩体的质量。它可以用来衡量结构面的发育程度及岩体的完整性，评价岩体质量，用于工程岩体分类。     

地下水在岩体结构面系统中运移的三维数值模拟

本文从描述流体流动的基本方程出发,推导了地下水在岩体结构面系统中运移的有限元方程,并基于这一方程编制了地下水在岩体中流动的三维数值模拟程序。     

基于岩体结构面统计与分维数的岩体质量评价及其在矿山工程中的应用

以三山岛金矿-510中段和-555中段为例,基于结构面实测数据,利用Matlab对结构面特征进行统计模型,进而实现了岩体裂隙网络Monte-Carlo模拟。然后结合分形理论确定了岩体质量的分维值。研究表明,-510中段和-555中段F3以北的岩体稳定性要好于F3以南的岩体稳定性,从定性和定量的角度对岩体质量进行了分析,为矿山的安全生产提供了一定的依据。     

岩石质量指标(RQD)的各向异性分析

各向异性是工程岩体的重要工程特性, 岩石质量指标RQD具明显的各向异性。本文运用结构面网络模拟技术, 通过结构面间距、倾角、相对夹角以及结构面组数的敏感性分析, 探讨了RQD的各向异性规律。结合实际工程应用, 提出正确引用RQD指标的建议。     

补充RQD值的几类岩体质量评价图

针对ＲＱＤ值不能全面反映裂隙间跑、块体大小以及随机表象的多重尺度等问题,介绍了三种岩体质量评价图,即基于裂隙岩体分数维结构之上的分维岩体质量图、考虑裂隙长度的累积长度图、建立在不同岩块频度基础上的岩块累积频度图。根据不同图解对岩体质量进行了评价,并对岩体完整性作了划分、三种图解能较全面反映岩体质量的特点,表明它们是ＲＱＤ的有益补充。     

岩石质量指标的计算机模拟及其风险分析

利用Monte Carlo法在计算机上生成岩体节理网络图，然后建立了模拟计算不同阀值的岩石质量指标RQDt的计算机模拟方法。进一步可作出岩石质量描述图和岩石质量风险分析，分析了岩体中大于10cm的完整岩石的具体分析规律。实例表明，该方法能较全面地描述岩石质量。     

三峡工程岩体破坏分析中面连通率研究

介绍了面连通率在岩体破坏研究中的表述方法。连通率的大小可反映破坏概率的大小。选择可能滑动面进行连通率计算方法有：多个结构面组成的折面;单个结构面的扩展面。两种面连通率均反映了在空间平面上结构面的发育程度,揭露更多隐藏的破坏性信息,有利于定量、定位分析岩体稳定性。     

岩体不连续间距数学模型的一个修正函数

不连续间距对岩体性质具有十分重要的意义。基于无限长测量线得到的岩体不连续间距的负幂指数分布是最重要的一种概率分布密度, 为纠正因用有限长测量线而带来的不连续间距的分布误差, 本文提出了一个封闭形式的修正函数。结果表明, 该法可显著减少不连续间距的相对误差, 从而可以采用较短的测量线来测量岩体的不连续间距。     

结构面的剪切蠕变特性研究

岩体结构面的蠕变特性研究对解决岩石力学实际问题具有很重要的意义。本文利用水泥砂浆制作的规则齿形结构面试样进行了剪切蠕变室内试验,针对不同角度结构面试件在不同法向应力条件下的剪切蠕变特性进行了研究,并根据蠕变试验结果,提出了结构面剪切蠕变经验公式;对结构面的长期强度特性进行研究,并选取Burgers模型来描述蠕变的剪切变形特性,文章最后讨论了Burgers模型对于描述结构面剪切蠕变特性的参数特征。     

岩体结构面概率模型与确定性模型的耦合

工程体的稳定性问题最终要求确定的解。由概率模型模拟到简单耦合及复杂耦合求解逼近结构面确定性研究表明，求解耦合问题，一方面要求遵守确定问题求解的精确性约束，另一方面要求满足随机性能问题的概率特征约束，同时又要考虑结构面分布的差异性。