结构面三维形态测量及表面粗糙度分形分析

针对结构面表面形态各异、难以获得的问题,采用自行研制的结构面三维形态测量装置——变阻式结构面三维形态测量仪,对硬性结构面表面形态进行三维测量,实现了三维曲面形态的图形化。针对结构面粗糙度系数JRC值估测不准,导致结构面精确评价困难的问题,运用分形几何理论进行分析,获取粗糙度系数JRC与分形维数D的函数关系式,并与经典Barton理论相结合,建立了结构面表面三维分形表述的剪切强度模型。实例验证表明,该理论计算模型具有一定应用价值。     

澜沧江藏东流域岩体结构面分形研究

基于澜沧江藏东流域岩体结构面的现场编录资料和分形理论,验证了研究区岩体结构面具有自相似性,符合分形特征。通过对研究区35个平硐、5 000余米长度平硐揭露的岩体结构面进行计算分析,用分形维数定量描述了岩体质量等级、岩体卸荷风化强弱分带。尝试通过细化计算平硐内结构面分形维数,实现运用分维值对工程中岩体质量进行评价和对岩体卸荷风化强弱进行划分。     

考虑层次结构的岩体结构面三维粗糙度表征方法

岩体结构面粗糙度的量化表征一直是岩土工程领域关注的焦点问题。在以往表征方法基础上,结合结构面三维形貌特征扫描分析,综合考虑结构面的层次结构特征,提出采用平均起伏角和平均相对起伏幅度表征一级波状起伏结构,采用面积扩展率表征结构面次级细微粗糙结构,并分析建立了结构面三维粗糙度系数与形貌参数的相关关系。验证分析表明,论文提出的结构面三维粗糙度表征方法可以较好地兼顾结构面一级波状起伏结构特征和次级细微粗糙结构的影响,计算得到的结构面抗剪强度与试验值吻合较好。相关研究结果可为结构面粗糙度量化分析及抗剪性能估算提供较好的借鉴。     

岩体结构面表面形态与力学机制关系研究

岩体结构表面形态是影响结构面力学习性的重要因素，研究表明，岩体结构面表面形态由宏观几何轮廓，表面起形态和微观粗糙度等组成。结构面力学习性是结构面表面宏观几何轮廓，表面起伏形态和微观粗糙度共同特征的函数，其中，结构面起伏角i主要受表面起伏形态的影响；结构面残余摩擦角ψ取决于微观粗糙度。     

基于分形理论的岩体结构面粗糙度影响因素研究

岩体结构面粗糙度具有显著的各向异性、尺寸效应以及间距效应特征。为研究岩体结构面粗糙度的影响因素,以三维激光扫描试验数据为主,以分形随机函数生成数据为辅,分别从二维和三维角度展开研究。研究结果表明,不同采样方向的结构面视觉判断误差很大,需定量判断才更为科学;随着采样尺寸的增加,结构面粗糙度减小,当尺寸增加到有效尺寸时,粗糙度基本趋于平稳不再下降;随着采样间距的减小,结构面粗糙度增大,当采样间距小于有效间距时,粗糙度上升趋势变缓,趋于稳定状态;当采样间距过大时,岩体结构面粗糙度不再具备分形特征。     

基于钻孔图像的结构面分布分维数计算方法

在工程实践中,对岩体结构面分布的分维数进行实测往往存在一定的难度,但是采用钻孔摄像技术既能够准确获取布设的钻孔内各项地质信息,而且形成的钻孔图像能够直观地反映钻孔中岩体结构面的特征参数,因此提出了一种基于钻孔图像的岩体结构面分布分维数计算方法。该方法的原理是:首先,通过钻孔图像获取研究区域内各钻孔内的岩体结构面的特征参数(包括倾角、倾向、隙宽、间距);然后,根据各钻孔之间的连通判断准则,判断区域内各钻孔结构面的连通性,并估算出研究区域内结构面的迹长值,同时参照钻孔的孔位及深度信息,来界定研究区域模型的范围;最后,结合Monte-Carlo法,建立岩体结构面分布的三维网络模型,根据分维数计算方法,求解模型各研究面的分形维数,并将3个钻孔的整体连通模型和各钻孔模型所得到的分维数开展对比分析。结果表明,该方法的计算结果与其他评价方法的结论一致。     

岩块分形维规律及三维岩体质量评价

利用Monte-Carlo 法在计算机上生成岩体结构面三维网络图,对结构面切割后的块体分形维进行分析,结果表明块体数量与结构面数量有明显的幂律关系,即分形规律;小于某体积尺度的块体数量与体积尺度也存在分形关系,结构面数目改变时,该分形维基本不变。另外,块体数目与测量空间大小之间的分维数D_NL随着结构面数目的增加即破碎程度的增加而增加,这表明D_NL可以作为三维岩体质量评价的一种有效参数,这为岩体质量评价体系提供了一个新思路和新方法。     

拱坝结构损伤的多测点R／S分析

为了研究大坝监测资料与结构完整性的关系,利用R/S分析法对实测资料时间序列进行分时段分析,根据计算的分形维数判断坝体结构的损伤程度。实例计算结果表明:大坝结构完整,实测资料的变化规律相似性越高,其分形维数越小;当大坝结构出现损伤,实测资料的变化规律越复杂,其分形维数越大;与传统的仿真模拟相比,R/S分析法更接近大坝实际工作性态,具有很强的适用性。     

基于人工神经网络的岩体结构面分组方法研究

结构面分组是进行岩体结构面模拟的重要环节,将人工神经网络技术运用于结构面的分组中,是一种新的尝试。介绍了运用SOFM神经网络进行结构面分组的方法,并结合工程实例,对其应用效果进行了探讨,指出运用该法虽能达到对结构面进行智能分组的效果,但最后仍需对结果进行人工判断,特别是对高倾角的分组效果不理想,有待进一步改进完善。     

基于分形理论的岩质高边坡监测资料分析

以小湾水电站高边坡典型位置的位移数据为依据,引入分形理论对监测数据进行分析.通过对数据的Hurst指数和分形维数的讨论,得出岩质高边坡是一种复杂的非线性动态系统,在外界性态和自身结构不发生重大改变的情况下,边坡的Hausdorff维数不随外部环境量和时间跨度的改变而改变,并且测点之间也存在着随深度变化的正相关关系,具有很强的自相似性.分形维数可以从整体上描述边坡系统的动态变化特征以及建立复杂岩质高边坡的时间序列监控体制.     

结构面特征及应力边界对岩体渗透系数的影响研究

裂隙岩体介质渗透特性是研究地下水问题的重要参数,不仅取决于结构面产状规律同时与所处地应力环境相关。本文针对裂隙岩体渗透性问题,考虑结构面分布随机性,利用UDEC软件,通过多个数值分析模型,研究了结构面特征和应力边界条件对裂隙岩体等效渗透性的影响。结果表明：裂隙倾角、间距、隙宽和迹长对岩体的渗透特性均有明显影响,裂隙倾角与渗流主方向较为接近时,该方向的岩体渗透系数较高;岩体的渗透系数随裂隙间距的增加呈幂函数降低趋势,随隙宽的增加而增大;各渗透分量均随迹长的增加而增大,但增长速度由快变慢;岩体所赋存环境地应力场对岩体的渗透系数有明显影响,地应力水平的提高会导致有效水力隙宽减小,进而降低岩体的渗透性,渗透系数随地应力的变化基本呈线性关系。     

结构面倾角对节理岩体的连通特性和综合抗剪强度的影响

本文介绍了一种确定岩体结构面连通率的方法，该方法首先在岩体结构面网络中搜索到结构面-完整岩石组合的最小抗剪力路径，然后在此最小抗剪力路径上计算结构面的连通率。在考虑结构面的倾角后，本文首先推导出计算结构面抗剪应力的公式，进而提出在岩体结构面网络中搜寻最小抗剪力路径的方法。算例分析表明，考虑结构面倾角后，计算得出的结构面的连通率一般变小，而且在变化的幅度上不能忽略。文中还提供了一种新的确定岩体综合抗剪强度的方法，该综合抗剪强度不仅考虑了结构面和岩桥的抗剪破坏机理，还考虑了另一重要因素——结构面倾角的影响。实例分析表明结构面的倾角对确定岩体的综合抗剪强度影响很大。     

岩体结构面分组的改进数学方法研究

岩体结构面分组是岩体力学中的一项基础性工作。由于岩体结构面分组相对于一般聚类问题存在自身特殊之处,难以直接运用欧式距离度量结构面之间的相似度。通过对结构面数据做一定处理,使欧式距离可用于度量结构面之间的相似度,结合模糊C均值聚类(FCM—Fuzzy C-means Clustering)算法对岩体结构面分组进行研究;针对FCM初始聚类中心的确定,采用一种简洁高效的改进粒子群算法对其进行优选;再结合聚类有效性指标确定聚类分组数。通过模拟数据验证了该方法的合理性,并从多方面对分组数目进行讨论,给出了分组数目确定的一般方法。将提出的分组方法用于某水利工程坝基岩体结构面的分组研究,结果表明该方法易于实现、结论可靠,可为实际工程提供参考。     

基于岩体质量分级的岩体变形特性研究

坝基和坝肩岩体的变形特征是影响大坝施工工艺和大坝能否长期稳定的重要因素之一。为合理确定叶巴滩水电站岩体的变形模量,基于岩体质量分级,进行了室内试验和现场刚性承压板试验。通过数理统计分析,结合岩体质量及其所处地质环境给出岩体变形参数建议值,并用声波对变形试验结果进行拟合,得到其相关系数大于0.83,即证实了实验成果的合理性。     

基于模糊聚类的岩体结构面动态聚类方法研究

针对传统的岩体结构面分组方法的缺点,提出了基于模糊聚类的结构面动态聚类方法。首先以模糊聚类法对结构面样本进行分组,得到优势分组及各组优势产状,并将其作为动态聚类法的初始划分;再采用动态聚类法对结构面样本进行更进一步的聚类分析。该法克服了动态聚类算法对初始聚心敏感及易收敛于局部极小值的缺点,提高了分组结果和优势产状的客观性及准确性。将算法应用于野外实测岩体结构面产状数据分析中,得到的聚类结果合理、可靠,符合实际情况。