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岩体裂缝面数量三维分形分布规律研究与仿真理论

文再明  
【摘要】: 岩体裂缝面的分布形式是岩体力学与工程中重要和艰难的问题,裂缝面的形态直接决定了岩体的变形、稳定性及其破坏规律,决定了岩体的渗流规律,因此,这项研究具有很大的理论价值和实用价值。过去的大量工作主要集中在平面状态下,裂缝面迹线的统计规律研究。三维情况下,由于无法进行直接观测,又缺乏可靠的物理测试技术,致使岩体裂缝面的三维分布规律远没有得到解决。基于岩体裂缝面尺度变化遵循自相似性的物理规律,本文在岩体裂缝面三维分形分布方面做了如下几方面深入的研究。 1) 应用分形几何学理论对裂缝面数量分形分布进行了研究,提出了岩体裂缝面数量的三维分形分布研究方法;在岩体裂缝面随机分布和裂缝面分组的情况下,用数值试验方法,分别计算各种剖面不同尺度裂缝迹线条数,证明了“岩体裂缝面数量服从三维分形分布规律”这一岩体力学的重要物理结论。 2) 通过大量数值试验,以岩体裂缝面的倾角与方位角为纽带,分析得出了岩体裂缝面数量三维分形分布参数和岩体裂缝迹线二维分形分布参数的关系:D_S=(1.0±0.031)*D_L+1.0±0.0395,n_s=Ψ*n_1,Ψ=1.5986*(2-D_L)-3.2935*sin(ST)+3.8263并提出了由二维分形几何参数来推导三维分形几何参数的方法。为通过岩体剖面裂缝直接观测结果,描述岩体裂缝面分布规律奠定了基础。 3) 本文构建了岩体裂缝面的三维仿真理论体系,建立了岩 太原理』二大学周眨d二研究生学位论文 体裂缝面的三维分形仿真模型。 4)采用Vc++开发了岩体裂缝面分布的仿真系统,该仿真系 统包括了从三维裂缝网络图中自动生成所需要的剖面和子块的 功能,并给出了仿真实例。实现了对岩体内部任意剖面和任何 子块角度直接调用分析裂缝分布的便利,无疑给岩体工程稳定 性及其应力分布分析带来极大的方便。


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