基于三维裂隙网络的岩体剪切特性尺寸效应分析

为研究复杂裂隙岩体剪切特性的尺寸效应,以西藏怒江松塔水电站PDC3平硐为例,在现场采集裂隙信息的基础上,基于颗粒流PFC^3D软件通过统计学方法及蒙特卡洛原理生成三维裂隙网络,构建等效岩体,进行大尺度直剪模拟试验得到裂隙岩体的抗剪强度、内摩擦系数及内聚力,分别研究其尺寸效应并确定不同参数下的REV尺寸,继而对相关参数和试样尺寸分别进行非线性回归拟合,探究其函数关系。结果表明：抗剪强度、内聚力及内摩擦系数随着试样尺寸的变化而趋于稳定,且不同参数得到的REV大小不同;综合分析不同参数的REV尺寸,得出研究区裂隙岩体的剪切特性REV尺寸为11 m×11 m×11 m;通过函数关系拟合,抗剪强度、内聚力和内摩擦系数与试样尺寸之间均存在指数函数关系。该成果为研究复杂裂隙岩体的力学REV以及合理确定力学参数提供了依据。     

多参数统计均质区划分——以马吉水电站为例

引入秩和检验非参数统计方法,建立不连续面岩体统计均质区评价模型。文中考虑了不连续面产状、迹长两个参数,在随机数学的基础上提出了一种不连续面岩体统计均质区划分的新方法,即利用秩和检验计算研究区样本之间的相关性,从而合理划分不连续面岩体统计均质区。选取云南省马吉水电站左岸坝肩某两高程4个平硐作为研究对象,首先将产状数据用其法向极点与单位圆上半球被划分为100个等面积四边形小方格的交点来表示;其次,根据迹长从小到大对落入小方格的极点进行编秩;最后,基于秩和检验来分析不连续面落入相应小方格的频率。研究结果表明:PD201和PD251以及PD251和PD253不具有统计相似性,而PD241和PD253、PD201和PD241在不同的比较区域下得到不同的均质区评价结果,这说明统计均质区存在尺寸效应。较Miller仅考虑不连续面产状,本文同时考虑了产状和迹长两个因子,结果更加合理。此外,该方法可以应用到小样本不连续面统计均质区划分中。     

基于无人机点云与改进RS表征法的结构面粗糙度定量分析

为研究采样尺寸、采样间距对高陡斜坡岩体结构面粗糙度评价结果的影响,选取藏东南某铁路察达车站工点左岸高陡岩质斜坡为研究区,提出采用无人机多角度贴近摄影测量技术获取毫米级点云数据以建立研究区斜坡岩体高精度三维模型,并从中选取典型区域裁剪出带有点云信息的27条面状结构面,使用Delaunay三角化原理对结构面进行网格化重建。基于此,提出一种采用点云拟合平面代替R_S表征法中垂直投影平面的新方法,并研究结构面粗糙度在不同采样尺寸、采样间距下的变化规律,结果表明：不同三角剖分方式对R_S表征值影响较小;结构面粗糙度具有尺寸效应与间距效应,其粗糙度表征值随结构面尺寸的增加逐渐趋于稳定,随结构面采样间距增大逐渐减小;部分存在尺寸效应的结构面存在“假有效采样尺寸”与“真有效采样尺寸”。在进行粗糙度评价时应确保所得有效采样尺寸为“真有效采样尺寸”。     

基于凝聚层次聚类分析法的岩体随机结构面产状优势分组

在岩体斜坡稳定性分析和岩体水力学分析中,岩体随机结构面的优势分组是一项十分重要的内容。提出一种基于凝聚层次聚类分析的岩体随机结构面产状优势分组的新方法,这种方法的优点在于事先无需确定聚类中心,在分类结果生成后还可明显剔除数据的孤点与野值。应用人工随机生成的结构面产状数据对这种新方法和模糊C均值法进行了对比验证。结果表明,凝聚层次聚类分析法不仅在无孤值点的情况下分组结果优于模糊C均值算法,而且还可以有效地剔除孤值点对于分组结果的不利影响。最后将这种方法应用于松塔水电站坝肩结构面优势分组中,同样得到了比较满意的结果。 方法