岩石块体理论中三维随机块体几何搜索

运用地质统计学与计算机技术随机模拟生成三维结构面网络,并在对前人关于结构面地质统计分析、结构面网络模拟、砍树、寻找封闭回路、搜索随机块体可能出现的最大区域等研究的基础上,运用交点组合法,通过交点旋转方向及空间位置的判断等过程,形成搜索三维随机块体的方法。运用该方法对边坡交棱处、洞室顶拱进行随机块体的搜索,并对块体的形态、大小及空间分布特征进行统计分析,从而实现了边坡和洞室工程的随机块体分析。算例表明,该方法可以在工程分析中得到较好的应用。     

三维岩石随机裂隙网络的块体自动识别

运用蒙特卡罗法模拟生成随机的结构面,在三维岩石块体系统自动识别方法的基础上,充分比较有限结构面和无限结构面相互切割成块体的异同,并结合基本的拓扑学原理,实现了三维岩石随机裂隙网络块体的自动识别,并有效地解决了多连通问题.算例表明了该方法的可靠性.     

基于岩体结构面特征的地下水封洞库轴向优化

地下水封洞库是国家战略石油储备的主要模式,其主洞室轴向的合理布置,不仅对洞室稳定有利,而且可节省支护成本.库址区岩体结构面特征是洞室轴向布置的决定要素.通过对地下水封洞库工程区地表和深部结构面的调查,确定了库址区岩体的4组优势结构面特征;通过设置不同的主洞室轴向布置方案,运用块体理论分别计算了不同方案下洞室可能形成的关...     

多结构面三维块体极限稳定分析新方法

根据刚体分块极限平衡原理,推导并阐述多结构面复杂三维块体分块稳定分析新方法,编制具有广泛适用性的多结构面三维块体极限稳定分析程序,并在龙滩水电站右岸高边坡等工程稳定性研究中取得成功应用。     

隧洞随机关键块体模拟

应用随机块体理论，通过对结构面的力学指标和几何参量进行如实的测量和分析设计，建立了岩体的随机块体结构模型。该模型可以对隧洞任意部位的开挖面进行模拟，产生完整的结构面区域网络，并利用几何原理形成三维结构模型。根据运动学原理，对模拟面上的块体进行可动分析，确定关键块体的分布形式，从而为隧洞的锚面设计提供了定量分析。     

基于三维裂隙网络模拟的随机楔体稳定分析

水工建筑物深开挖边坡中大量出现的随机楔机，是由广泛分布于裂隙岩体中的结构面组成的，研究楔体的稳定性，首先要研究结构面的分布规律，由于裂隙的分布具有随机性与交叉复杂性，目前无法确定性的研究方法进行研究，因此，应用概率与统计学的理论，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的分布规律是研究这类问题的重要途径。基于三维裂隙网络随机模拟的方法，提出了随楔体稳定分析的方法，可为边坡加固提供理论依据。     

三维激光扫描系统在岩体结构面识别中的应用

现阶段岩石工程仍主要通过罗盘进行裂隙结构面的工程勘察,而三维激光扫描技术可替代这一传统地质勘察手段。本文给出了该技术半自动和全自动化的两种岩石结构面识别的方法和步骤。半自动结构面识别方法首先进行坐标变换,根据扫描坐标点云数据拟合平面,求解岩石产状。全自动结构面识别方法则要根据扫描数据进行表面重建,应用模糊聚类方法对结构面进行分组,以Fisher分布的K值作为判断聚类效果的指标,通过去除边界点,逐步迭代获得出露岩体结构面组的优势方位。最后采用全自动结构面识别方法进行实例分析。研究表明,采用该技术可方便得到岩石体的优势产状,扩展了岩石勘察的范围。     

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。     

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。     

岩体随机结构面的网络生成及应用

运用蒙特卡罗原理模拟了某坝址区岩体结构面的空间展布状态和交切关系,分析、计算了不同测线方向上岩体工程的力学特性指标。应用结构面网络模拟计算岩体抗剪强度,探讨了结构面几何参数与岩体力学参数问的关系,确定了不同几何参数对岩体抗剪强度的影响和作用。     

任意各向异性岩体渗透系数张量的半解析计算

本文首先通过坐标轴的旋转、压缩和再旋转变换。推导出了有越流任意各向异性含水层中地下水三维井流问题的计算公式。在此基础上提出了采用抽水试验资料图解和优化相结合的方法确定任意各向异性岩体渗透系数张量及渗透主值的方向。计算实例表明，这种半解析的计算方法不仅简易，而且有较高的计算精度     

应用三维无单元伽辽金法追踪裂纹扩展

本文应用三维无单元伽辽金法追踪裂纹扩展。将可视准则推广到三维以处理三维不连续面对积分点影响域的影响,同时考虑不连续面刚度对整体平衡方程的贡献。利用单点位移公式计算裂纹前缘应力强度因子,假设裂纹在法平面内扩展,采用最大能量释放率判据作为三维复合型裂纹扩展判据,编制EFGM3D程序实现对线弹性体中三维准静态裂纹扩展的追踪。通过对含半币形表面裂纹的立方体算例的分析,证明本文方法和程序在裂纹扩展模拟上是合理有效的。     

河道演变三维数值模拟计算网格的选择和生成研究

该文提出了由自适应三维网格和固定矩形网格组合的“双网格”方法来模拟非均匀边界条件控制下河道演变的思路。自适应三维网格在平面和立面上分别采用正交网格和σ网格。实现了能够根据自由水面、河岸和床面地形变化作出实时调整的三维自适网格的生成。为了记忆河道演变可能涉及的外围区域的地形、地质和泥沙级配等信息,采用固定不变的矩形网格来存储相关数据。两套网格之间的数据插值转化采用双线性插值方法。“双网格”方法和相应的算法为非均匀边界条件控制下河道演变的数值模拟提供了保证。最后给出了网格生成和应用的3个实例。     

岩体粗糙裂隙网络渗流分析的子单元法

岩体粗糙裂隙的细部特征对区域整体渗流分析影响很大,以往渗流分析往往没有考虑粗糙裂隙细部特征以及其对整体渗流分析的影响。提出子单元法来分析岩体粗糙裂隙网络渗流,则可以较好的分析上述影响。子单元法将每一裂隙当成一个单元,裂隙内部则分成若干子单元,裂隙单元的总体水力特征受所有的子单元联合作用控制,而细部水力特征由单一子单元体现。根据单裂隙开度分布统计规律模拟裂隙开度分布,将单裂隙等长分段(子单元),根据模拟开度参数求得裂隙中任一子单元的平均隙宽,进一步推导裂隙的单宽流量公式和子单元结点的水头公式。利用岩体裂隙网络渗流理论,结合粗糙单裂隙等宽流量公式,求得各裂隙结点水头,进一步求得裂隙的单宽流量,进而求得裂隙子单元水头和流速。通过分析可得粗糙裂隙网络渗流与平滑裂隙网络存在明显不同:(1)裂隙网络中任一裂隙单宽流量计算公式不同,粗糙裂隙的等效水力隙宽小于平均隙宽;(2)裂隙内水头分布形式不同,光滑裂隙呈直线状分布,而粗糙裂隙呈阶梯状分布;(3)组成裂隙网络渗流传导矩阵的计算公式不同,粗糙裂隙网络考虑了裂隙细部水力特征对渗流的影响;(4)粗糙裂隙子单元法考虑了裂隙开度分布不均匀对裂隙过流能力的影响,更加合理。本研究可为实际工程提供参考。     

三维裂隙网络非稳定渗流数值分析

研究裂隙岩体中渗透水流随时间、边界条件的变化规律,从而客观反映渗透水流情况,具有重要的意义。本文针对分布特别稀疏的三维主干岩体裂隙网络,以渗流区内的水量平衡原理为依据建立基本方程,推导三维岩体裂隙网络非稳定渗流的基本方程;并将三维裂隙网络渗流理论及有限元数值方法运用于主干岩体裂隙网络渗流分析中。基于裂隙岩体网络非稳定渗流数学模型,编制相应的程序。对于工程实例,根据实测情况利用Monte-Carlo模拟出岩体中二级裂隙网络分布情况进行分析,然后进行了三维非稳定渗流分析。计算结果充分体现了岩体中裂隙网络的储水性,当边界条件发生变化时,裂隙岩体中水头分布变化存在一定的滞后性;并表明主干裂隙的强导水性,使得裂隙岩体中的主干裂隙的渗流分析成为渗流分析中的重点。     

三维有限元网格加密方法及其工程应用

本文利用最小势能原理将三维有限元的疏密网格通过界面单元耦合起来，解决了网格突变情况下的位移协调问题，简化了有限元网格的局部加密问题，从而协调了计算精度与效率之间的矛盾.通过算例把本文推荐的方法与精确解和普通有限元解作了对比，验证了方法的合理性。     

三维极限分析方法在恰甫其海水利工程边坡稳定分析中的应用

恰甫其海水利枢纽工程左岸发育一规模较大的F78断层，左坝肩施工开挖时该断层将大范围出露，由此产生施工期和蓄水后左岸山体的稳定性问题，并对工程安全带来威胁。本文采用边坡稳定三维极限(上限)分析方法，对左岸山体在施工期和运行期的三维抗滑稳定性进行分析研究。分析表明，左岸山体施工期和运行期的稳定性较好，但降雨入渗对左岸山体的稳定性影响较大，应考虑适当的排水措施。     

三维快速拉格朗日法进行小湾拱坝稳定分析

三维快速拉格朗日分析是基于三维显式有限差分法的数值分析方法，它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为，可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形。由于采用显式差分法，它尤其适合于材料的弹塑性、大变形分析以及施工过程的模拟。本文首先介绍了三维快速拉格朗日分析的基本原理及其特点，然后用美国Itasca Consulting Group Inc.开发的三维快速拉格朗日分析程序FLAC-3D进行了小湾拱坝的应力变形分析和参数敏感分析。     

岩石节理三维粗糙度各向异性表征新方法

针对传统二维节理面粗糙度表征方法的不足,提出一种新的岩石节理面三维粗糙度描述方法。首先,利用光学扫描系统得到节理表面点云数据并建立三维模型;运用改进的变异函数方法,提出一种新的基于正态分布模型参数的三维粗糙度(VA)方法;最后,运用新方法对花岗岩张拉型节理表面的粗糙特性进行分析。结果表明,提出的新方法能够反映节理面的起伏变化、频率和分形特征,并因此能描述出节理粗糙度的各向异性特性。     

三维激光扫描技术的高边坡开挖质量评价方法研究

本文将三维激光扫描技术引入到高边坡开挖质量整体评价中,通过数字化仿真试验对基于点云数据的4种评价方法进行了对比和评价,验算了三维激光扫描技术与全站仪配套工作数据配准的精度。通过工程实例,采用点云比较与断面法对边坡开挖质量进行全面的分析。研究表明:三维激光扫描技术可以提高开挖边坡质量评价的精度,增强了对开挖面形态的了解,为下一工序的施工提供理论支撑。