基于Monte Carlo方法的岩体三维裂隙网络建模研究

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裂隙作为岩体中的软弱裂隙面,是控制岩体力学特征的最重要因素。准确地把握、描述岩体中的裂隙网络是建立可靠岩体力学模型的基础。因岩体中裂隙普遍发育,裂隙数量众多,故无法对每一条裂隙进行定量描述。采用Monte Carlo随机模拟方法建立三维裂隙网络模型,有利于直观了解岩体内部分布规律,掌握一般情况下难以观察、测量到的岩体内部结构特征。因此三维裂隙网络广泛应用于岩体力学领域,极大促进了岩体力学的发展。本文选用金沙江乌东德水电站坝区左岸平洞PD5-3右壁岩体发育裂隙建立三维裂隙网络模型,查明裂隙发育规律和岩体结构特征。首先对实测86条裂隙的几何参数进行统计分析,以裂隙产状为依据将裂隙分为两组并得到每组裂隙的迹线数量和最优产状,计算裂隙迹长、直径和体积密度。然后采用Monte Carlo方法,按照已知概率密度函数进行“采样”,从而获得与实际分布函数相符合的人工随机变量(包括倾向、倾角和迹长等相关参数)并确定每个裂隙面在空间中的具体位置,将所有裂隙面综合起来便构成了岩体三维裂隙网络模型。最后通过图形校验和数据比对两种方式验证模型的准确性与合理性。着重对比两组直方图,得出裂隙迹长吻合度较高。通过对比裂隙产状、迹长以及κ等相关参数可知,模拟信息与实测信息十分接近且误差在可接受范围内。得到的主要结论如下:(1)对实测86条裂隙分组,获取每组关键信息包括:迹线数量分别为13条和73条;产状分别为82.38°∠56.82°和274.79°∠48.27°;κ分别为6.28和14.82;迹长均值分别为1.427m和1.386m。完成建模后,模拟获取关键信息包括:迹线数量分别为13条和76条;产状分别为90.65°∠64.62°和279.47°∠46.31°;κ分别为6.21和13.29;迹长均值分别为1.441m和1.333m。(2)在真实迹长与观测迹长基本一致的情况下,得到每组裂隙直径均值分别为2.6m和2.067m。通过建立面密度与体积密度之间的相关关系,得到每组裂隙的体积密度分别为0.022295m-3和0.193124m-3。
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