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岩体节理三维模拟及渗透张量分析

王贵宾  
【摘要】:在岩体工程地质条件调查分析的基础上,对岩体所赋存的结构条件进行有效的描述和定量化分析,是进行岩体力学特性、岩体水力学特性及岩体工程性质判断的有效途径。本论文以中国高放废物处置库甘肃北山预选区候选场址评价为背景,在系统地回顾岩体节理三维模拟和基于节理三维模拟应用研究的已有成果和研究现状后,按照岩体节理调查—岩体节理三维模拟—基于节理模拟的岩体渗透张量分析的研究思路,深入开展岩体节理三维模拟和基于节理模拟的岩体渗透张量的研究。 通过对中国高放废物处置库甘肃北山预选区BS01、BS03钻孔附近和岌岌采石场的岩体露头进行节理调查、对BS01、BS03钻孔进行岩芯编录和钻孔声波成像测量取得大量的节理数据。 在岩体节理调查的基础上,对节理几何特征的概率分析进行完善和改进,主要有:扩展了岩体节理平均迹长估计的方法。扩展的测线法平均迹长估计,在获得节理数据后,不必对节理分组,可以用一个或多个露头(同一结构均质区的)的全部节理数据进行平均迹长估计;根据圆形窗口法原理编制计算程序,求出不同半径和位置的圆形取样窗口中节理的平均迹线长度和迹线中点密度的大小,分析它们在窗口中的变化,确定出每个露头的合理平均迹线长度和迹线中点密度;根据平面上节理迹线与三维节理圆盘的对应关系,推导出节理迹线中点面密度与节理圆盘中心体积密度的联系。 在深入研究节理几何特征与其产生的力学机制间关系的基础上,提出一种“数学-力学”节理系统三维模型。此模型基于节理产生的力学机制,考虑节理组间的成生联系,反映节理间的层次性。 对岩体节理系统进行对象分析和设计,利用VC++6.0结合OpenGL技术,编制出节理三维模拟程序Joint_SA。此程序既可根据测量数据的统计分析结果生成三维节理,也可以直接输入节理的几何参数生成三维节理或大断层。 研究了裂隙岩体渗透张量的算法,编制了相应的渗透张量计算程序。此程序能方便快捷地计算岩体的渗透张量及其主值和主方向,同时还可以绘制出任意两个渗透主轴的渗透椭圆。


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