论文部分内容阅读
岩体是由结构面和被它们切割的岩石块体组成的一种非均匀、不连续、各向异性的界质。结构面对岩体的力学特性、水力学特性和工程稳定性起着关键控制作用。然而岩体中以裂隙为代表的随机型结构面数量众多、规模不大但却按一定的规律随机分布,并且难以直接被观测到,这成为了岩体稳定性分析的关键性难题。离散裂隙网络(DNF)已经被证明是解决该问题的一种有效的方法,近年来国内外许多学者对其进行了深入的研究。本文依托水利水电工程,提出了改进的裂隙网络多面体模拟方法,并应用于水工岩体裂隙三维力学连通率、块体识别和稳定性分析方面,具体如下:(1)基于Monte Carlo方法、二维泊松点过程以及三维建模技术提出了改进的多面体离散裂隙网络模拟方法。主要对裂隙的大小、形状、隙宽和充填物进行了模拟,其他裂隙几何参数如位置、产状、间距、迹长等的模拟则和Beacher圆盘模型相同。为了保证建立的离散裂隙网络模型是有效的,本文还提出了离散裂隙网络模型的数值检验方法和图形检验方法。(2)耦合地质体、确定性结构面、随机多面体离散裂隙网络模型和临空面构建了岩体结构精细模型,提出了随机裂隙面、复杂地质曲面的表示方法,基于拓扑学实现了复杂块体和块体群的精确建模和识别分析。(3)提出了基于多面体离散裂隙网络模型的裂隙三维力学连通率投影计算方法。该方法考虑了贯通性裂隙,通过对不同高程,不同倾向和倾角的裂隙三维力学连通率的搜索,来计算某水电站右岸坝肩边坡综合抗剪强度参数。基于曲面块体理论和建立的三维岩质边坡耦合模型,采用三维极限平衡法计算了关键曲面块体的安全系数,用Sarma法计算块体群的稳定系数;最后进行综合分析,评价岩质边坡的稳定性。(4)提出了一种新的随机块体稳定性分析方法。首先统计分析了随机块体的体积,计算并统计了随机块体在自重和地震工况下失稳概率。然后对建立的岩体结构模型进行分区,统计并分析了分区内随机块体的最大埋深、块体密集度及块体支护强度,为确定隧洞随机块体的支护方案提供了重要的参考。