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基于岩体结构面特征的三维网络模拟研究

郭牡丹  
【摘要】:岩体结构面三维网络模拟是块体理论的一项重要内容,也是岩体力学研究的重要课题。但是,利用以往的优势组划分方法对岩体结构面进行分组,建立结构面的三维网络模型,未考虑到岩体结构面特征以及分组指标权重对分组结果的影响,而且也缺少一个量化指标来评价岩体结构面的特征。同时,现有的三维网络模拟技术所建立的模型无法搜索因岩体内部非贯通结构面扩展贯通而滑移的关键块体。针对上述的不足,为了进一步完善岩体结构面的三维网络模拟技术,使其更为真实的表征结构面的空间分布状态,本文开展了相关研究,主要研究内容及结论如下:基于层次分析法的原理,对影响岩体结构面特征的8个因素进行权重分配和综合测评,引入岩体结构面特征量化指标CSPC值,建立岩体结构面特征评价系统,该系统根据CSPC值很好的划分了岩体结构面的级别以及相应的岩体结构面力学参数。提出新的岩体结构面特征分级方法—CSPC法,该法不仅可以计算出岩体结构面的CSPC值,为基于岩体结构面特征的优势组划分奠定基础,还能确定岩体结构面级别,以及半定量地预测结构面的力学参数。将贯通强度作为判断含非贯通结构面岩体岩桥贯通与否的衡量指标,采用数值模拟的方法计算了175个不同岩体非贯通结构面展布方案下岩体试样的贯通强度和峰值强度,并引入贯通系数定量描述贯通强度与峰值强度的比值变化,研究了岩桥倾角、结构面摩擦系数、围压、连通率和结构面倾角对贯通系数的影响,定量分析了贯通强度与上述五个影响因素及峰值强度之间的函数关系,给出了含非贯通结构面岩体的岩桥贯通准则。该准则能够判断出两非贯通结构面是否应该连通,基于该准则建立的岩体结构面三维网络模型能够搜索因岩体内部结构面扩展贯通而滑移的关键块体。基于可变模糊集理论,提出了基于岩体结构面特征的优势组划分方法。与传统的优势组划分方法相比,该法不仅可以考虑到岩体结构面产状信息对分组结果的影响,还可以考虑到岩体结构面力学特征以及分组指标权重对分组结果的影响。同时,该法还能够预测出每组结构面的力学参数,有效的降低了块体稳定性分析结构面力学参数选取的难度。基于上述的研究成果,提出成果应用的具体算法流程,并采用VC++软件编程,实现了岩体结构面特征的等级划分、岩体结构面力学参数的预测、岩体非贯通结构面的识别、岩体非贯通结构面的判定和基于岩体结构面特征的优势组划分5个功能,为真实表征结构面的空间分布奠定了良好的基础。


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