岩体结构面模拟方法探析

结合盐津桥水库右岸岩体结构面的实际情况,综合考虑结构面的几何特征和力学特征,针对不同类型的结构面,先运用蒙特卡洛(Monte-Carlo)方法获得随机结构面的几何参数,再利用有限元软件ANSYS对确定性结构面进行数值模拟,以获得有效的结构面模拟方法.此方法有效地解决了难以对数量多、尺寸小的随机节理进行逐条模拟的问题,又...     

基于光滑节理模型的岩体水力压裂数值模拟

水力压裂是许多工程中非常关注的问题,自然情况下的岩体由于经历反复的地质作用往往会形成大量的结构面,结构面的存在影响并制约着岩体的性质.基于颗粒离散元程序对页岩水力压裂进行了数值模拟,采用颗粒粘结模型及光滑节理模型分别模拟完整岩石与节理面,对比分析了完整岩石以及存在节理面的岩体在高压水作用下的裂缝扩展及分布规律.研究发现:对完整岩石进行水力压裂可以获得较为完整的裂缝,且裂缝基本上沿着平行于最大主应力的方向扩展.节理面的存在对页岩水力压裂裂缝的扩展具有诱导作用,数值模拟结果显示除了注水孔周边,裂缝基本上沿着节理面扩展.     

岩体结构面渗流研究现状

岩体渗流实质上就是结构面及其网络的渗流。由于受节理张开度、表面粗糙度、接触面积、裂隙法向应力变化和填充物等影响,从而使岩体结构面的渗流特征变得非常复杂。本从岩体结构面几何特征的数值分析和经验分析讨论了岩体结构面渗流研究状况。     

不同结构面倾角节理岩体三轴试验力学特性

为了掌握贯穿型节理岩体的变形和破坏规律,对人工制备的不同倾角模拟节理岩体圆柱试样进行了系列静力三轴试验,得到了相关的应力应变曲线结果和破坏特征,进而分析了结构面倾角对节理岩体试样力学特性的重要影响.结果表明:1)随着结构面倾角的变化,节理岩体试样的应力应变曲线将不全为典型的四阶段曲线,在结构面倾角较大时结构面的变形特征十分显著,峰前曲线发生了明显转折,结构面变形占据了主导作用.2)峰值强度、残余强度和峰前线性阶段变形模量随结构面倾角增大而单调降低,而试样的脆性和剪胀性强弱、压密阶段的变形模量以及体胀、体缩量最大值等与结构面倾角的变化关系则均为非单调的.3)结构面的倾角大小影响了其与基质的相互作用规律,使得结构面或基质或者两者一起控制了节理岩体试样的变形、强度和破坏,从而形成了节理岩体试样显著不同的变形、强度和破坏特征,其变形和强度各向异性与破坏模式随结构面倾角变化而不同.     

基于长期强度的节理岩体洞室蠕变特性研究

为了进一步探究节理岩体蠕变特性,摆脱传统意义上从宏观弹塑或粘弹塑本构的角度分析岩体流变特性的方法,将细观单元视为弹脆性的本构关系,采用考虑岩石长期强度的岩石破裂过程分析系统,通过对不同工况下的节理岩体洞室数值模拟,得到了节理间距和节理夹角对围岩蠕变特性及其破坏特征的影响规律。结果表明：节理岩体洞室围岩的蠕变量随着节理面间距的增大而减小;当节理面的水平夹角小于45°时,节理岩体洞室围岩蠕变量随着节理面夹角的增大而增大,但当节理面倾角大于45°时,蠕变量反而随着节理面倾角的增大而减小,当节理面倾角等于45°时,围岩出现大量破坏,并表现出加速蠕变的特征。     

深开挖岩石边坡三维随机楔体的稳定性分析

针对水工建筑物深开挖边坡中常出现的随机楔体，应用概率与统计学理论，分析组成楔体结构面的分布及组合特征，采用三维结构面网络模拟的方法模拟边坡工程中的结构面分布，进一步研究随机楔体稳定性及分布规律，提出了三维随机楔体的稳定性系统分析方法，为边坡加固提供了理论依据。     

非连通预制节理试件力学特性试验研究

为了研究节理几何特征的变化对岩石力学特性的影响,设计了具有不同节理连通率和不同节理倾角的试件,通过常规三轴压缩试验,分析了围压、节理倾角和节理连通率对试件强度以及变形和破坏特征的影响。岩样破坏形态分为穿越节理面的压剪破坏、沿节理面剪切滑动和节理端点处拉裂的混合破坏、完全沿节理面的剪切破坏。结果表明:围压、节理几何参数对试样的力学特性产生了不同程度的影响。通过节理参数的敏感性分析可以得出,节理倾角对试件强度的影响较节理连通率更为显著,节理连通率与破坏形态之间联系更为密切,围压对于试件承载力和变形参数值波动的影响较为明显。研究成果对认识非贯通节理岩体的力学特性有一定的参考作用。     

大跨度地下洞室群围岩多尺度块体稳定性预测方法

组成地下洞室的围岩存在不同尺度结构面所切割形成的不同尺度、不同形态结构体。这些结构体是导致施工期围岩失稳的主要因素,而且在洞室开挖前无法确定其具体位置,给围岩加固设计带来了困难。由勘探平洞地质调查获得的结构面资料,依据不同尺度结构面的成因、规模,预测其在开挖面上的出露位置十分重要。从结构面成因角度考虑,运用几何-力学耦合模拟方法,建立大跨度地下洞室围岩岩体结构模型;依据断层机制,运用力学成因拟合规模较大的断层、破碎带、层面,而基于现场结构面调查统计的结果,应用随机模拟方法并结合结构面连通率特征拟合随机结构面;采用正交试验及块体理论,确定由结构面组合形成块体的几何形态,搜索多尺度块体的分布,确定特定块体、半特定块体与随机块体的分布;进一步采用极限平衡理论,分析可能发生破坏的块体,得出洞室开挖面上需要加固的块体;最后,开发了基于几何-力学成因的多尺度结构面组合稳定性分析程序UNDGD2.0。他还以某在建抽水蓄能电站工程为例,搜索洞室不同开挖面上的块体组合类型与规模,分析由结构面组合构成局部块体的稳定性,为地下洞室开挖方案的确定及设计优化提供理论依据。     

有限元法预测贯通节理岩体三维等效弹性参数

采用节理有限元法对贯通节理岩体的变形特性以及等效本构关系进行研究，分别对含有一组和三组节理的岩体等效弹性常数进行了预测。与解析方法相比，数值方法可以不必做太多的假设，能对节理岩体的力学行为进行综合分析，从而可得到包含完整岩石与节理的统一的本构关系，并可研究节理面几何形态的影响。     

柱状节理岩体开挖卸荷效应及破裂区分布规律

为了分析柱状节理洞室的变形和破裂区分布特征,研究岩体开挖扰动后的卸荷效应.在构建的复合型多弱面本构模型的基础上,建立柱状节理岩体开挖卸荷过程中弹性模量随应力水平的变化机制,提出适用于柱状节理岩体的理论公式,并成功嵌入本构模型,实现了柱状节理岩体的卸荷效应.结合取得的研究成果,进行柱状节理洞室开挖的计算分析,获取了围岩的变形特征及塑性区分布规律,发现节理面的屈服破坏与节理的倾向关系密切.研究各组节理面在塑性区开展过程中的影响,结果表明,垂直于开挖面的主节理面影响最大.揭示了柱状节理洞室围岩破裂区的开展过程及分布规律,即主节理面破裂贯通的过程并伴随次节理面的破裂扩展及岩体的开裂.     

鹈鹕优化算法在岩体结构面分组中的应用

结构面广泛分布于岩体之中,难以逐一进行分析。现有研究方法存在对初始信息敏感,分组结果可靠性差,以及难以准确对产状相近的结构面进行分组等不足。针对上述问题,提出了一种基于鹈鹕优化算法(POA)的岩体结构面分组方法。首先,利用POA算法全局寻优初始聚类中心,结合模糊C均值算法(FCM)将结构面产状数据进行完全分组。其次,利用蒙特卡罗模拟技术,生成符合Fisher分布的产状数据。最后,基于正交设计,对比传统FCM算法,以识别错误率为指标,研究了新算法在不同结构面数量、结构面组数、聚类中心、离散度情况下分组精度的变化规律。结果表明：聚类中心对分组精度具有显著影响;所提方法能对产状极点边界不清晰的结构面数据进行有效分组,可有效提高分组精度和分组结果的可靠性。以大连某水库边坡结构面数据为基础,对其进行分组处理,验证了新方法的工程实用性。研究结果可以为结构面三维网络计算机模拟和岩体工程稳定性分析提供依据。     

具有不连续性的非线性Stiff液压系统的数字仿真

本文研究液压动态仿真中的一个新问题——不连续性问题。所设计的带有Gear(stiff)积分子程序的有序线性内插检测不连续性程序装置成功地处理具有不连续性的非线性stiff液压系统动态分析与仿真。     

Numerical modelling of stress analysis around rectangular tunnels with large discontinuities(fault) by a hybridized indirect BEM

Tunnels are one of the major transportation routes to pass mountains and difficult geological conditions. The behavior of these structures is significantly influenced by rock mass and discontinuities. Orientation of discontinuities is one of the most important geometrical parameters affecting discontinuities behavior. The effect of large discontinuities(faults) behavior on a jointed medium around rectangular tunnels is studied. A hybridized indirect boundary element code named TFSDDM(fictitious stress displacement discontinuity method) is used to study the stress distribution around the tunnels excavated in jointed rock masses. The code uses advantages of both fictitious stress and displacement discontinuity methods to analyze discontinuity effects more accurately. Results show that the dip angle of discontinuities has significant effect on stress distribution around the tunnel. It is also shown that increase in the discontinuities dip angle located in the roof will result in decrease in tensile stress of the roof. Stresses reaches to 8 MPa in the roof while due to dilation effect they reach up to 13 MPa.     

近端股骨的结构模拟

利用MullenderMG ,HuiskesR和WeinansH提出的骨自我组织控制过程 ,采用有限元与骨自优化理论相结合的方法来模拟近端股骨的结构 ,其结果是消除了早期模型中常见的方格盘现象 ,并且所预测的近端股骨的结构与实际结构非常吻合。     

预警雷达信号特征参数仿真研究

针对雷达电磁环境仿真研究,采用脉冲描述字对雷达电磁环境进行描述,运用功能仿真方法对雷达电磁环境进行了仿真．首先构建了固定载频、载频跳变;固定脉宽、捷变脉宽;固定重频、重频抖动等雷达信号特征参数数学模型;然后以信号特征参数模型为基础,对雷达常规脉冲信号模型进行设计;最后给出了实体雷达模型TRAC2000N中典型信号模型的模拟生成实例．该雷达电磁环境仿真方法可为电磁环境仿真研究提供参考．     

大跨度浅埋隧道岩体的工程地质研究

目的以我国跨度最大的公路隧道韩家岭浅埋隧道为背景，讨论通过不连续面网络图模拟真实岩体的几何特征．建立工程适。用的计算模型问题。探讨地表不连续面研究成果对于隧道稳定性分析和设计的意义．方法采用蒙特卡洛方法建立不连续面模拟的数学模型。应用计算机随机绘制拟开挖岩体不连续面三维网络图．结果介绍了隧道岩体相关工程地质工作。给出了基于统计原理的岩体不连续面三维计算机模拟方法．结论应用“岩体不连续面数据处理系统”进行数据的计算机处理，可以随机模拟不同不连续面产状参数．绘制出拟开挖岩体不连续面三维网络图，建立工程适用的计算模型．设计初期由拟开挖隧道附近公路路堑边坡得到的工程地质研究结果与隧道施工期间得到的隧道围岩工程地质研究结果基本一致，表明采用地表不连续面工程地质工作研究结果进行隧道设计的可能性．     

分形递归树的森林景观实时模拟方法

为真实地模拟自然界的森林景观,在利用分形递归算法构建参数化三维树木模型的基础上,结合OpenGL函数,将纹理映射、Alpha测试和地面阴影应用到树木的真实感绘制中．并在算法中引入随机数,实现大小不同、形态各异的树木生成．绘制时,根据视点距离的远近,调整场景的精细程度,以符合视觉效果,且加快了图形生成速度．以此方法构造森林,可改变观察者的视点位置,实现对森林景观的实时模拟．     

复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值模拟

目的比较复杂体型大跨度结构表面风荷载的数值计算与风洞试验结果,分析研究大跨结构表面风压的分布特性.方法选用可实现的Realizable模型和非平衡壁面函数法,对武汉天河机场新建航站楼实际尺度的几何模型进行了不同风向角时风荷载的数值模拟.结果计算出了模型各个测点的平均风压系数,并与风洞试验数据进行了比较.在不同风向角时,除转角和悬挑屋檐部分,数值模拟值和风洞试验值的一致性比较高,测点的相对误差都在10%以内.结论用数值分析方法对机场航站楼这一复杂的大跨度结构表面风荷载进行数值模拟,其结果具有一定的参考价值.尽管目前数值模拟方法还不能取代风洞试验,但将其作为一种辅助手段是可行的.     

基于门形三条直线的P3L问题的闭式解

研究了应用线特征进行摄像机位姿测量的三线透视问题（P3L）在三条直线共面并成门形摆放时的闭式解问题，研究了该种情况下解的特性，得出当摄像机光心位于过三条直线的两个交点且垂直于三条直线的平面时，该问题存在无穷多解，当光心不在此平面时则存在唯一解，应用几何方法给出了该结论的证明，给出闭式解求解方法，对该方法进行的计算机仿真证明了方法的正确性，该方法对实际应用有一定的指导意义。     

Performance of inclined pillars with a major discontinuity

Discontinuities are an inherent part of the rock mass and majorly affect the stability of the excavation skin and pillars. The dip of the discontinuities and their properties also have a significant effect on the strength of the pillars. Empirical approaches are commonly used to determine the pillar strength but can overestimate the strength and don't consider the inclination of the pillars and the strength reduction caused by discontinuities. Numerical modeling is a powerful tool and if calibrated can be used to evaluate the strength of the pillars with discontinuities having a range of properties. The effect of a discontinuity on inclined pillars was conducted which has been seldom considered in evaluating the pillar strength.Three-dimensional vertical pillars were simulated, and the pillar strength was calibrated to accepted theoretical results and then the discontinuities were introduced in different pillar inclinations with distinct width to height ratios to gain an insight into the effective pillar strength reduction. Based upon the results, it was found that the discontinuities have a significant effect with the increase in the inclination of the pillars even at a higher width to height ratios.