岩体节理平均迹长估计

分析总结岩体节理平均迹长的估计方法后，扩展了测线法节理平均迹长估计的理论基础。扩展后的测线法在相同的现场节理调查数据下，可更加准确地估计岩体节理的平均迹长。同时指出，采用圆形窗口法平均迹长估计时，假设迹线中点在窗口中均匀分布与实际情况偏差很大，为避免迹线中点不均布的情况必须保证窗口的尺度足够大。随着圆形取样窗口的增大，迹线中点密度在窗口中的变化减小，估计所获得的节理平均迹长的准确度较高。通过现场节理调查获得丰富的节理数据，采用扩展的测线法和圆形窗口法分别估计岩体节理的平均迹长。当圆形窗口的直径与测线法删节长度相等时，扩展测线法和圆形窗口法估计所得的岩体节理平均迹长比较接近，由此可确定研究区域的岩体节理平均迹长。     

适用于半迹长测线法的岩体结构面直径新试算法

 当假定结构面形状为圆盘时,直径成为岩体结构面空间分布的重要参数,需由实测迹长推求。提出直径新试算法,以Monte Carlo法模拟结构面几何要素分布、解析几何学推导分布关系、Excel或C++等编程试算直径分布使试验逼近实测未删截半迹长分布,此时试算直径分布为最佳直径分布。由于结果具有离散性,进行降低离散性试验,发现多次试算取平均值能有效降低离散性。新试算法较Priest-Zhang算法更准确、容错能力更强、计算速度更快、硬件配置更低、文件和内存占用量更小、编程更简便、运行更稳定,且较Priest-Zhang算法、黄 磊前期算法适用分布形式更广。新试算法填补了在半迹长测线法中能够适用于多种分布形式的直径准确算法鲜见的空白,在汶川地震区得到成功验证,值得推广。     

适用于半迹长测线法的岩体结构面迹长与直径关系新模型及新算法

 适用于半迹长测线法的岩体结构面迹长与直径概率关系需要研究,基于弦端点在圆周上随机分布、弦中点在圆某一直径上随机分布、弦中点在扇形内随机分布、弦中点在扇形圆弧且直径上同时随机分布、弦中点在扇形直径上随机分布(广义模型)这5种不同等可能假设,得到未删截半迹长与直径的5种概率关系模型,理论与实例证明前4种模型在半迹长测线法中不适用或适用性不强、广义模型适用性强,5种模型填补未删截半迹长与直径概率关系方面的空白。当直径服从均匀分布形式时,提出广义模型直径新算法,在汶川地震中得到成功应用,值得推广。     

动测法确定岩体动力参数的对比试验研究

对某核电站核岛地基岩体采用了室内岩块声波测试、现场孔内声波测试、地震波单孔检层法及跨孔法测试，得到了不同测试方法下的岩体纵波及横波速度，确定岩体动力参数。对比分析了不同测试方法所得结果的差异及影响因素，并对波的传播方向与岩体的主要结构面走向的组合关系进行了研究。     

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。     

单测线法估算随机节理迹长的数值技术

由于现场条件的限制，有时只能采用单测线法来估算随机节理的真实迹长，即随机节理迹长取样偏差的纠正。为了更准确地估算随机节理的真实迹长，建议首先采用随机节理优势组数的概率统计划分方法，将测线法获得的随机节理进行优势组数划分；获取每一条随机节理的观测迹长和每一组节理的平均观测迹长；应用概率统计的方法求得每一组节理迹长的概率分布密度特征函数；最后，采用半迹长估算法来实现各组随机节理的迹长取样偏差，获得了较符合实际的成果。     

岩体完整性指数与弹性模量之间的关系研究

 岩体弹性模量值与其完整性指数之间有密切关系,通过其完整性的研究可以间接推断弹性模量值。引入钻孔摄像及相关分析方法获取岩体完整性指数,采用损伤力学原理分析该参数与岩体弹性模量的关系。结果表明,在岩块弹性模量近似不变的情况下,两者之间应具有正线性相关关系,现场试验结果验证了该结论的正确性。另外,对岩体完整性指数和岩石质量指标与岩体弹性模量之间的相关性进行对比结果表明,岩体完整性指数与弹性模量的相关性更好。     

结构面三维网络模拟计算RQD及精度对比研究

 以汶川映秀镇百花大桥边坡岩体为实例,运用结构面三维网络模拟法计算RQD值,具体步骤为：在概率统计结构面各项参数获取结构面模拟参数的基础上,利用Monte-Carlo法生成岩体节理三维网络,在边坡震时主滑平面、主滑横剖面、水平面上各方向布置测线模拟钻孔,获取54个钻孔岩石质量指标RQD值,以其期望值作为最终RQD。以结构面测量统计得到的等效钻探RQD为真值,对比体积RQD法和网络模拟法的相对误差(体积RQD法为24.6%;结构面三维网络模拟法仅为3.3%),证实结构面三维网络模拟法相对误差要小得多,精度显著提高。结构面三维网络模拟法是计算RQD的好方法,具有广泛的应用前景。     

加锚岩体的阶谱复合单元法研究

加锚岩体有着复杂的非线性的变形模式，常规的线性基函数不能满足成模拟这种非线性的要求，若进一步细分网格，又会增加前处理的工作。引入阶谱技术，建立阶谱复合单元法，其基本思想是在复合单元中增加虚节点，扩大容许函数容量，通过使用阶谱基函数，提高计算精度。在广义节点下分析复合单元，使用阶谱复合单元法模拟加锚岩体，随着升阶，能够从物理本质上更好的拟合加锚岩体复杂的力学性质；在粗糙单元网格下逼近真实值，减轻网格的束缚。对阶谱复合单元法进行理论推导和实例研究，通过与有限单元法和复合单元法计算结果的比较，发现在较粗糙计算网格情况下随着升阶，阶谱复合单元法计算结果有明显的改善。     

基于三维裂隙网络的RQD尺寸效应与空间效应的研究

 岩石质量指标(RQD)是岩土工程与地质工程中的重要概念,在岩体性质分析中起到了重要作用,但RQD存在着明显的尺寸效应与空间效应,这在以后岩体工程设计计算中并没有引起充分的重视。为研究RQD的空间效应,采用三维裂隙网络模拟方法模拟现场真实岩体,并在模型中设立大量测线获取岩体中不同位置的RQD值。结果表明,岩体中不同位置的RQD值并不相同,存在明显的空间效应。为获取可整体代表岩体好坏程度的RQD值,需在大量RQD样本的基础上进行分析。另外,为更好地体现岩体的非均质性,研究不同阈值下的RQD范围,最终确定可充分反映待分析岩体的最佳阈值,为4 m。尺寸效应是RQD参数的重要性质,通过改变测线长度的方法探讨RQD在不同尺度下的变化情况。总结、提出RQD的计算模型与公式,即：A-A模型、T-T模型、A-A-S模型、Priest-Hudson公式与Senz-Kazi公式。分别研究与对比不同模型下RQD的尺寸效应,结果表明,采用A-A-S模型可充分减少尺寸效应带来的RQD的计算误差;当阈值较大时,Priest-Hudson公式与Senz-Kazi公式存在一定的误差,基于三维裂隙网络模拟的方法进行RQD的计算将会更为准确。     

节理岩体渗流的无网格与有限元耦合方法

节理岩体的渗透破坏、节理岩体中石油渗流、地下工程的防渗设计等无不与渗流计算有关,而节理岩体渗流介质的非均质性和各向异性特性、边界条件和几何形状的复杂性、初始条件的不确定性等因素制约着解析法在渗流计算中的应用。应用无网格法来求解节理岩体的渗流问题,建立节理岩体渗流的无网格与有限元耦合方法。通过变分原理详细推导无网格与有限元耦合方法求解节理岩体渗流的离散方程及相关计算公式,并利用耦合方法对边界条件进行处理。最后,给出的数值算例说明该方法的正确性和有效性。     

节理平均迹长与统计窗选位关联性分析

 目前常用的统计窗迹长估算方法多假定节理中心在各向服从均匀分布,即认为统计窗的布置点位对平均迹长估算结果无影响。而实际上节理作为漫长地质演化过程的产物,受多期地质建造、构造综合作用,使得其形态及规模已发生较大的改变,呈现典型的地质韵律特征,若随机布置统计窗点位将会产生截然不同的迹长估算结果。为研究节理迹长与统计窗选位的关联性,以大岗山水电站地下主厂房区为例,首先对厂房区下游边墙节理组进行地质演化过程分析,确定厂房区优势节理组为辉绿岩脉及其节理影响带。接着以岩脉?81及其影响带为代表,对其发育地质韵律特征予以详细研究,藉此提出统计窗布置点位、尺寸及估算方法建议。最后采用5种统计窗估算法对研究区各区段节理迹长进行对比分析。研究发现：节理估算迹长与统计窗选位存在较强的关联性,不同的节理发育特征及统计窗布置点位适合于不同的节理组迹长估算方法,在应用统计窗法估算节理迹长时,需充分考虑优势节理发育规律,合理选择统计窗位置,尽可能将不同类型的节理包含其中,使之同时体现切割、交接、包含3种关系,并选取适合于本统计窗的迹长估算方法。     

基于V.RQD值与Hoek-Brown准则的破碎岩体强度研究

被多组贯通结构面切割后产生的大体积破碎岩体在不同围压下仍具有一定的强度,但通过Hoek-Brown准则对其进行强度评价时,因对岩体结构划分缺乏定量描述,使得参数m与s的取值很难准确确定。在传统RQD值不足的基础上,引入不同阈值下的三维体积V.RQD值概念,建立破碎岩体质量指标V.RQD值计算机模拟方法,结合RMR评分标准和Hoek-Brown强度准则,通过探讨三维体积V.RQD值的取值范围,得到不同阈值时岩体质量参数m,s值与Hoek-Brown强度包络线以及岩体变形模量E0等之间的一些变化规律,定量化表述V.RQD值对破碎岩体强度的影响。结果表明,V.RQD值作为岩体质量指标之一,可为破碎岩体的强度估计提供新的实用途径。     

细观损伤理论确定岩体参数的方法研究

 分析目前确定岩体参数方法中存在的一些困难,通过把岩体的完整性系数同岩体微裂纹密度参数结合起来,运用细观损伤理论,得到确定岩体参数的计算方法,并分别运用Taylor方法和广义自洽法结合工程实例和部分统计资料进行计算对比分析,根据计算结果,结合BQ法针对完整性系数小于0.5的情况进行修正。研究结果表明,该方法合理可行,避免传统方法的经验差异或人为因素的影响。     

地下工程锚固岩体有限元分析的并行计算

为了解决当前大型岩土工程单机计算困难、计算时间长、精度低的问题,在弹塑性有限元串行算法的基础上,提出了考虑岩体锚固问题的弹塑性并行算法,用VC 6.0开发了基于Windows操作系统的并行有限元计算程序,实现了数据的分布式存储和计算,并在计算机集群(COW)上成功地对水布垭尾水洞洞室支护进行了并行有限元计算分析。与单机串行算法相比,较大程度地减少了计算时间,提高了计算效率。