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岩体节理三维网络模拟优化及在甘肃北山芨芨槽岩块的应用研究

梅涛  
【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芨芨槽岩块场址评价为背景,在系统地回顾岩体节理三维网络模拟技术和基于岩体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-节理分析-节理三维网络模拟的研究思路,深入研究了岩体节理三维网络模拟技术和芨芨槽岩块岩体节理和场地特征。 通过芨芨槽岩块岩体露头节理调查和钻孔岩芯编录获得大量的节理数据。本文以岩体节理数据为对象,分析了岩体节理几何特征,完善和优化了岩体节理三维网络模拟技术,论文主要研究内容包括: (1)圆形窗口法研究。圆形窗口法是估算节理迹长平均值和节理面密度值的有效方法。本文通过Monte Carlo法模拟节理采样过程,进行了圆形窗口取样大小和取样位置的研究,分析了采样过程中矩形窗口宽度与节理迹长平均值的相互关系,对圆形窗口法计算及节理采样提出了有益的建议。 (2)岩体结构均质区划分。以地质力学为基础,利用构造断裂周围露头节理迹长平均值和节理面密度值的变化划分芨芨槽岩块岩体结构均质区。 (3)节理产状优势组划分。运用改进模糊聚类方法代替传统方法进行节理优势组划分及确定产状优势方位,计算过程的程序化使得应用该方法分析大量产状数据时十分便利;所有的节理数据参与分组,计算结果更全面、更合理;通过隶属度值的修正,降低了孤立点节理产状数据对聚类结果的影响,使得优势组方位更为明显。 (4)节理大小的研究。以Monte Carlo法模拟节理采样过程,假设全体节理迹长负指数和对数正态分布,分析了包容性节理迹长分布与全体节理迹长分布相互关系;以圆盘节理空间几何分布为基础,不假定节理直径的可能分布,提出一种新的数值方法估算节理直径分布。 (5)节理密度研究。以近似水平露头节理分布为对象,通过不同阈值RQD值分析了岩体各向异性;提出一种新方法,在钻孔节理分布图上不同位置布置不同特征尺度测线,统计各测线的节理线密度,通过钻孔节理线密度变化估算岩体REV大小;通过节理间距的统计分析以及节理间距分布的研究,分析了岩体特征以及节理密集带形成过程;根据钻孔节理分布,分析了缓倾角原生节理形成机理及其特征;采用加权平均值方法估算岩体各优势组节理面密度;利用空间几何方法推导节理体密度大小计算公式,估算岩体各优势组节理体密度值。 (6)岩体节理三维网络可视化实现。通过随机性构造节理和确定性原生节理模拟,实现了岩体节理三维网络可视化。 本文完善和优化了岩体节理三维网络技术,建立了岩体节理三维网络模型,为以后的岩石质量评价、场地评价,以及核素迁移和洞室稳定性计算提供基础性数据和平台,具有重要意义。


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