非连续型非褶皱岩体三维可视化构模技术及应用

根据工程岩体的几何特征，从三维可视化构模的角度上，将工程岩体分为：连续型非褶皱岩体、非连续型非褶皱岩体与褶皱岩体三大类型。提出了适合于非连续型非褶皱岩体三维可视化构模模型，构造了相应的数据结构，开发了表面构模技术用于这类岩体的构模。在此基础上，利用OpenGL技术，在VC 环境下研制了可视化构模系统。利用该系统建立了某岩土工程研究区域的岩体三维可视化模型。     

非层状岩体三维可视化构模技术研究

根据工程岩体的特征，从三维构模的角度，在中国矿业大学(北京)岩土工程研究所研究工作的基础上将岩体的结构单元类型分成二大类四种：即层状的连续型非倒转岩体、非连续型(断裂)岩体及倒转褶皱岩体和非层状岩体(侵入岩体、喷出岩体等)。借助三维GIS的可视化技术与面向对象的构模方法，根据非层状岩体的空间几何特征及地质数据的特点，提出适合于非层状岩体的数据模型，采用断面构模技术实现非层状岩体三维构模。利用多条轮廓线之间的三维表面重构方法构建非层状岩体的表面模型，将多条轮廓线之间的表面重构问题转化为体数据中的等值面构造问题。进而形成非层状岩体的三维可视化构模技术。开发了三维可视化构模系统，并利用该系统所提供的构模技术实现了灵宝金矿侵入型岩体三维模型的构建。     

工程岩体抗剪强度确定综合方法——GMEM研究

工程岩体的强度由于受到岩性、节理、地下水、温度场等的影响导致其强度的确定成为岩石力学界的一个重大难题。工程岩体具有地质、力学和工程3大特色，其强度的确定也应综合考虑这3种因素。在此基础上，提出利用经验类比、岩体质量评分体系和连通率的方法结合宏观地质条件判断结果综合确定工程岩体强度的方法——GMEM(geology，mechanics and engineering memod)。运用该方法在向家坝等许多工程中得到很好的应用。     

锚固岩体的三维数值流形方法模拟

提出了三维数值流形方法中锚杆的计算模型，并给出了相应的算法和公式。算例表明，该模型能较好地反映加铺岩体的变形行为以及锚杆的加固效果。     

基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法

 对于线路工程上具有普遍性的岩质边坡,因数量多,范围广,工程勘察深度相对较浅。依据规范的测试和试验,建立一种基础性岩体质量评价方法,实现边坡工程岩体分级,并根据行业要求与经验提出支护措施,对提高岩质边坡工程设计与施工的科学性无疑具有重要的意义。针对现有的《工程岩体分级标准》(GB50218-94)没有涉及边坡工程岩体分级,在深入研究和系统消化边坡工程岩体分级成果基础上,提出基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法(简称BQ-RSlope方法)。该方法在岩体基本质量指标基础上,考虑控制边坡稳定性的主要结构面类型与延伸性、结构面产状与坡面间关系以及边坡内地下水发育程度等影响因素,对岩体基本质量指标进行修正,由此确定边坡工程岩体级别,并给出各级别边坡工程岩体自稳能力的评价。结合4个边坡工程10个坡段的应用性验证,表明依据文中方法获得的各边坡坡段的岩体质量分级以及该基于质量指标对边坡稳定性的评价结果与工程实际总体相符,提出的依据BQ的岩质边坡工程岩体分级方法是合适的。     

用遗传算法求解节理岩体三维连通率

应用节理岩体三维网络模拟技术建立结构面在三维空间分布的概率统计模型，将连通率的概念和求解均建立在岩体潜在破坏路径之上，通过连通率的求解米搜索岩体的最可能破坏路径。在搜索结构面和岩桥搭接组合破坏的临界路径过程中，应用了具有鲜明生物背景的遗传算法，并将这一结果应用于实际岩体工程，取得很好的效果。     

复杂工程岩体结构三维可视化构造及其应用

针对岩体结构的复杂性和无规律性,提出了一种新的基于NURBS算法的岩体结构三维可视化构造技术。根据实测的离散信息和交互解译得到一系列二维剖面,以系统的思想实现了岩体结构三维可视化模型,并能进行与工程密切相关的结构可视化分析。最后将该技术成功应用到糯扎渡水电站工程的三维岩体结构模拟和可视化分析中,对工程设计有较大的指导意义。     

褶皱岩体三维可视化构模技术及其工程应用

为解决由于褶皱岩体的边界面可能是非单值曲面给三维构模带来的困难,根据褶皱岩体的几何特征,提出了适合于褶皱岩体构模的数据模型,建造了面向对象的数据结构,开发了断面构模技术与三维可视化构模系统,并利用该系统建立了抚顺西露天矿北帮边坡岩体三维可视化模型。     

钻孔过程监测(DPM)对工程岩体质量评价方法的完善与提升

提出能够完善和提升现有工程岩体质量评价方法的一套新技术、新方法和新规律.新技术为现场钻孔过程监测(DPM)技术.新方法为钻孔过程时空数据的快速直观时间序列分析方法.新规律为钻头进深随时间曲线呈分段线性变化,每段钻进速度是常数,每一常数钻速段代表一个均匀抗钻岩石(岩块),常数钻速之间的突变点或低钻速段分别为钻孔穿过岩块间断面的截点或截段.DPM可以提供工程岩体质量评价完善和提升所需要的新的测量方法和数据,从而可以快速、有效、定量地测量到岩石块体的单轴抗压强度、大小和地下分布,以及岩石块体之间界面断面的产状、延伸、凸凹起伏平整度、厚度和充填物质的物理和力学性质.通过实例来介绍、分析和解释这套技术、方法和规律.并且给出DPM钻孔过程监测完善和提升现有工程岩体质量评价RQD,Q,RMR和BQ方法的具体途径和计算公式,能更客观全面地确定岩块单轴抗压强度、岩体质量指标、岩体完整程度、岩石坚硬程度和间断面.     

岩体结构面网络三维模拟的工程应用研究

主要介绍了岩体结构面网络三维模拟技术及其工程方面的研究。利用结构面网络模拟可以建立岩体的结构模型，研究岩体的结构特征，用于岩体质量评价、隔了体搜索等，在岩体力学问题研究中有着重要作用。     

岩体变形的替代数据混沌判定方法研究

 观测位移时间序列是岩体变形和破坏过程的综合体现,已广泛用于边坡、隧道和地下硐室等岩石工程的稳定性判断及其预测。根据岩体的观测位移时间序列,通过Fourier变换来生成替代数据,提出其混沌随机性的检验方法,可避免根据最大Lyapunov指数是否为负数以及关联维数是否为非整数来进行混沌判断所引起的不足;分别对玲珑矿巷道及枣林滑坡位移序列进行非线性混沌判定,获得理想的检验结果。     

基于三维裂隙连通率的裂隙岩体表征单元体研究

三维裂隙连通率综合反映了岩体内裂隙发育特征,是评价工程岩体稳定性的一个重要参数。为合理选取具有代表性的裂隙连通率,基于投影法对水平向三维裂隙连通率的尺寸效应进行分析研究,进一步确定岩体表征单元体尺寸。首先,对实测裂隙数据进行几何参数统计分析,采用逆建模方法建立一个100 m×100 m×140 m的裂隙网络模型。在模型中的10个不同高程上设置水平向的投影基准面,基准面尺寸位于5 m×5 m～100 m×100 m范围。利用投影法计算各投影基准面的三维裂隙连通率,分析三维裂隙连通率随研究尺度的变化情况。采用T检验和F检验判定各级尺寸与最大研究尺寸的研究区域的连通率均值和方差是否存在显著差异。研究结果表明,当研究尺寸达到65 m×65 m时,连通率均值和方差进入稳定状态,该尺寸可视为研究岩体水平方向的表征单元体。     

等效岩体技术在岩体工程中的应用

 以某露天矿边坡为工程背景,结合岩石力学参数室内和现场原位试验,基于颗粒流理论和PFC3D程序,运用等效岩体技术,建立充分反映节理分布特征并考虑细观破裂效应的等效岩体模型,采用Fish语言编制加卸载命令流,研究岩体的强度和力学效应。研究结果表明：(1) 等效岩体在单轴压缩时,轴向应力–应变曲线分为弹性变形阶段、非稳定破裂塑性阶段和破裂后阶段,抗压强度和弹性模量与标准岩块试样相比,有较大幅度降低;(2) 随围压增大,等效岩体抗压强度和残余强度明显提高,延性特征增强,逐渐向理想塑性过渡;(3) 等效岩体技术能有效地描述岩体受节理分布影响而表现的各向异性特征;(4) 等效岩体内部微裂纹主要沿节理走向分布并扩展,破坏形式受主导节理面产状及性质控制。     

Three-dimensional modeling of borehole data cored from engineering rock mass

Vast data from the drilling and geophysical prospecting are reliable original information to describe the space state of engineering rock mass, and one of the main difficulties in three-dimensional (3D) modeling of engineering rock mass is the processing of the primary data. From the view-point of 3D modeling, the engineering rock masses are classified as four basic types according to their geometric characteristics of geologic structure: (1) continuum rock mass; (2) discontinuous rock mass; (3) overturned fold rock mass and (4) intrusive rock mass. Because drilling data are very important to describe the characters of multi-scale of the spatial data for rock mass, the rule of how to process drilling data is developed to help appropriately display them in the viewpoint of 3D space. According to the characteristics of rock mass layers, the processing method of drilling data for 3D modeling of engineering rock masses, along with the layer thicknesses, is also proposed, including the evaluation rules and the extensive direction for original borehole data. By this method, the typical 3D data modeled is completed and the model form of the engineering rock mass is developed. By this example, it is finally verified that the method presented is successful and feasible to process 3D engineering rock mass. __________ Translated from Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(11): 1 821–1 826 [译自: 岩石力学与工程学报]     

岩体结构面三维粗糙度系数表征新方法

岩体结构面粗糙度系数JRC影响着岩体的变形、破坏以及渗流特性,其数据采集与评价取值问题一直是岩石力学领域的热点和难点。目前研究方法多集中于二维,无法体现JRC的三维特性;即使现有的三维评价方法,也多数仅从几何数据单方面入手,没有考虑JRC的各向异性。鉴于此,提出基于光亮面积百分比BAP的岩体结构面三维粗糙度系数表征新方法。首先,运用三维激光扫描技术,建立岩体结构面三维数字模型;其次,通过模拟虚拟光源,在岩体结构面表面产生光亮与阴影,并生成图片;然后,基于图像分割技术,设置灰度阈值,提取大于灰度阈值的光亮部分面积,并计算岩体结构面的光亮面积百分比;最后,结合R. Tse和D. M. Cruden提出的JRC计算公式,考虑剪切或渗流方向,得出岩体结构面三维粗糙度系数估算公式。以鱼简河水库工程为例,实验结果表明：(1) 在光源照射角度相等的情况下,光亮面积百分比与岩体结构面三维粗糙度系数成正比关系。(2) 通过对比分析,光源照射角度过大(70°～85°)或过小(5°～35°)时,易产生误差,入射角介于35°～70°范围内时为最佳入射角。(3) 基于该工程数据推导出JRC3D与BAP之间的估算公式。通过验证,试样Y10,Y11,Y12根据R. Tse和D. M. Cruden公式所得到的JRC3D分别为16.47,16.81,16.69,根据新估算公式计算的JRC3D分别为17.20,17.40,17.17,具有较好的一致性。     

基于三维地质模型的工程岩体结构精细数值建模

针对岩体结构数值模拟分析前处理工作中存在的地质模型建立、空间单元划分等难点,提出将三维地质模型与数值模拟分析进行耦合来简化其前处理的具体思路和方法。在三维地质建模系统中,建立精细的工程地质三维统一模型,通过单元网格几何模型的自动生成和模型数据的转换输入,可快速、准确地为岩体结构数值模拟分析提供不同类别、信息丰富的精细三维网格剖分模型,不仅简化了数值计算分析的前处理工作,同时也可丰富三维地质模型的属性信息,为工程设计与优化提供更直观、便捷的信息平台。     

三维节理岩体分形维数与RQD相关性研究

 应用三维随机不连续面网络模拟技术对岩体结构统计均质区内的不连续面进行计算机模拟,再现岩体结构,并应用分形理论计算三维节理岩体的分形维数。平行于三维节理岩体网络模型的x,y,z轴布置测线,计算不同阈值下三维岩体的岩石质量指标(RQD)。对获取的分形维数与RQD分析表明,三维岩体RQD随分形维数增大而减小,二者具有良好的线性关系。最后,推导三维节理岩体的分形维数与若干个阈值下RQD的关系式,并根据不同阈值下RQD与分形维数关系曲线的斜率确定合理阈值。