節(jié)理巖體結(jié)構(gòu)面空間表征及其模型優(yōu)化.pdf

1、巖體是由巖塊和分離切割巖塊的結(jié)構(gòu)面組成的巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)面具有大小不一、產(chǎn)狀不同、形態(tài)各異等特點(diǎn)，因而巖體呈現(xiàn)出不連續(xù)、非均質(zhì)及各向異性等力學(xué)性質(zhì)。大量的工程實(shí)踐可以表明在隧道洞室開挖過程中，結(jié)構(gòu)面的幾何和物理特性對(duì)巖體的變形和破壞起著關(guān)鍵性的控制作用，對(duì)工程巖體的穩(wěn)定性有重要影響。工程巖體的穩(wěn)定性分析是一個(gè)非常重要的實(shí)際問題，如地下洞室的開挖，修建隧道，開鑿運(yùn)河渠道、在山區(qū)修筑道路、橋梁、高峽建壩、深谷修庫(kù)以及露天采礦等，這些工程都

2、需要分析巖體的穩(wěn)定性。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法在分析巖體的穩(wěn)定性方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。如何建立巖體結(jié)構(gòu)的分析模型，在獲取的大量的結(jié)構(gòu)面信息基礎(chǔ)上進(jìn)行全面的表征和模擬，并把將結(jié)構(gòu)面的物理參數(shù)的影響因素考慮在內(nèi)，建立更加準(zhǔn)確的巖體隧道三維結(jié)構(gòu)面空間模型，并合理分析結(jié)構(gòu)面與開挖面間的相互作用，對(duì)影響巖體穩(wěn)定性的關(guān)鍵塊體進(jìn)行搜索，最終將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行真三維顯示，是隧道工程開挖過程中穩(wěn)定性研究的關(guān)鍵性問題。
　　本文在閱讀大量文獻(xiàn)，總結(jié)結(jié)

3、構(gòu)面研究方法和巖體穩(wěn)定性分析方法的基礎(chǔ)上，基于數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法，應(yīng)用狄洛尼三角剖分方法進(jìn)行了結(jié)構(gòu)面表面的三維網(wǎng)格重建;利用建立的表面三角網(wǎng)格模型，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)面張開度的模擬，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)面的圓盤模型;提出了三維粗糙度表征的新方法—(surface area ratio，SAR);并在驗(yàn)證粗糙度系數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)面里力學(xué)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)估算，主要開展如下工作:
　　首先，應(yīng)用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)面的采集，通過結(jié)構(gòu)面出露部分的表面形態(tài)

4、來(lái)反映整個(gè)結(jié)構(gòu)面的三維空間形態(tài)，應(yīng)用ShapeMetriX3D系統(tǒng)進(jìn)行出露部分點(diǎn)數(shù)據(jù)的獲取。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用Delaunay三角剖分方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)面表面的重建，實(shí)現(xiàn)了通過三維三角網(wǎng)格來(lái)反映結(jié)構(gòu)面的表面形態(tài)。
　　其次，考慮二維粗糙度在表征結(jié)構(gòu)面粗糙性的不足，在結(jié)構(gòu)面表面三維重建的基礎(chǔ)上，提出了比表面積法(surface area ratio，SAR)，通過結(jié)構(gòu)面的網(wǎng)格面積與擬合面積之間的比值來(lái)反映粗糙度的大小。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)面的測(cè)量，應(yīng)

5、用修正直邊法進(jìn)行了粗糙度系數(shù)的計(jì)算，針對(duì)JRC與SAR做了相關(guān)性分析。
　　再次，根據(jù)重建的結(jié)構(gòu)面，計(jì)算張開度的平均值，采用等效張開度作為單一結(jié)構(gòu)面的張開度進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。應(yīng)用Barton公式進(jìn)行了結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)估算。
　　最后，結(jié)合具體的工程實(shí)例，采用ShapeMetriX3D系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)采集結(jié)構(gòu)面的信息，通過結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬方法表征結(jié)構(gòu)面的真實(shí)信息，建立巖體隧道三維結(jié)構(gòu)面模型，應(yīng)用程序搜索關(guān)鍵塊體，分析巖體的穩(wěn)定性，并與