【摘要】：巖體是由巖塊和分離切割巖塊的結構面組成的巖體結構。巖體結構面具有大小不一、產(chǎn)狀不同、形態(tài)各異等特點,因而巖體呈現(xiàn)出不連續(xù)、非均質及各向異性等力學性質。大量的工程實踐可以表明在隧道洞室開挖過程中,結構面的幾何和物理特性對巖體的變形和破壞起著關鍵性的控制作用,對工程巖體的穩(wěn)定性有重要影響。工程巖體的穩(wěn)定性分析是一個非常重要的實際問題,如地下洞室的開挖,修建隧道,開鑿運河渠道、在山區(qū)修筑道路、橋梁、高峽建壩、深谷修庫以及露天采礦等,這些工程都需要分析巖體的穩(wěn)定性。隨著計算機的發(fā)展,數(shù)值模擬方法在分析巖體的穩(wěn)定性方面具有獨特的優(yōu)勢。如何建立巖體結構的分析模型,在獲取的大量的結構面信息基礎上進行全面的表征和模擬,并把將結構面的物理參數(shù)的影響因素考慮在內(nèi),建立更加準確的巖體隧道三維結構面空間模型,并合理分析結構面與開挖面間的相互作用,對影響巖體穩(wěn)定性的關鍵塊體進行搜索,最終將計算結果進行真三維顯示,是隧道工程開挖過程中穩(wěn)定性研究的關鍵性問題。本文在閱讀大量文獻,總結結構面研究方法和巖體穩(wěn)定性分析方法的基礎上,基于數(shù)字攝影測量方法,應用狄洛尼三角剖分方法進行了結構面表面的三維網(wǎng)格重建；利用建立的表面三角網(wǎng)格模型,進行了結構面張開度的模擬,優(yōu)化了結構面的圓盤模型；提出了三維粗糙度表征的新方法—(surface area ratio, SAR);并在驗證粗糙度系數(shù)的基礎上,進行了結構面里力學參數(shù)的經(jīng)驗估算,主要開展如下工作：首先,應用數(shù)字攝影測量系統(tǒng)進行結構面的采集,通過結構面出露部分的表面形態(tài)來反映整個結構面的三維空間形態(tài),應用ShapeMetriX3D系統(tǒng)進行出露部分點數(shù)據(jù)的獲取。在此基礎上應用Delaunay三角剖分方法進行結構面表面的重建,實現(xiàn)了通過三維三角網(wǎng)格來反映結構面的表面形態(tài)。其次,考慮二維粗糙度在表征結構面粗糙性的不足,在結構面表面三維重建的基礎上,提出了比表面積法(surface area ratio, SAR),通過結構面的網(wǎng)格面積與擬合面積之間的比值來反映粗糙度大大小。根據(jù)現(xiàn)場結構面的測量,應用修正直邊法進行了粗糙度系數(shù)的計算,針對JRC與SAR做了相關性分析。再次,根據(jù)重建的結構面,計算張開度的平均值,采用等效張開度作為單一結構面的張開度進行計算機模擬。應用Barton公式進行了結構面力學參數(shù)的經(jīng)驗估算。最后,結合具體的工程實例,采用ShapeMetriX3D系統(tǒng)現(xiàn)場采集結構面的信息,通過結構面網(wǎng)絡模擬方法表征結構面的真實信息,建立巖體隧道三維結構面模型,應用程序搜索關鍵塊體,分析巖體的穩(wěn)定性,并與實際工程進行對比分析,檢驗程序的有效性,并對結果進行顯示。
[Abstract]:Rock mass is a rock mass structure composed of rock blocks and the structural planes of separate cut rock blocks. The rock mass structure mask has the characteristics of different size, different occurrence and different shape, so the rock mass presents discontinuous, heterogeneous and anisotropic mechanical properties. A large number of engineering practices can show that the geometric and physical characteristics of the structural plane play a key role in controlling the deformation and failure of rock mass and have an important effect on the stability of engineering rock mass during the excavation of tunnel cavern. The stability analysis of engineering rock mass is a very important practical problem, such as the excavation of underground caverns, the construction of tunnels, the opening of canal channels, the construction of roads, bridges, dams in Gaoxia, the repair of deep valleys and open pit mining, etc. These projects need to analyze the stability of rock mass. With the development of computer, numerical simulation method has a unique advantage in analyzing the stability of rock mass. How to set up the analysis model of rock mass structure, on the basis of obtaining a large amount of information of structural plane, to carry on the comprehensive representation and simulation, and to take into account the influence factors of the physical parameters of the structural plane. A more accurate three-dimensional structural plane space model of rock mass tunnel is established, and the interaction between structural plane and excavated surface is reasonably analyzed, and the key blocks that affect the stability of rock mass are searched. It is a key problem in the stability study of tunnel excavation. On the basis of reading a lot of literature, summarizing the methods of structural plane research and rock mass stability analysis, based on the digital photogrammetry method, this paper uses the Dilloni triangulation method to reconstruct the three-dimensional mesh of the structural plane surface. Using the established surface triangular mesh model, the structural surface opening degree is simulated, and the disk model of the structure surface is optimized. A new method of 3D roughness characterization, (surface area ratio, SAR);, is proposed. On the basis of verifying the roughness coefficient, the empirical estimation of the mechanical parameters in the structure plane is carried out. The main work is as follows: firstly, the acquisition of the structural plane is carried out by using the digital photogrammetry system. The surface morphology of the exposed part of the structure surface is used to reflect the 3D spatial form of the whole structure surface, and the data of the exposed part are obtained by using ShapeMetriX3D system. On this basis, Delaunay triangulation method is applied to reconstruct the surface of the structure surface, and the surface shape of the structural plane is reflected by the three-dimensional triangular mesh. Secondly, considering the deficiency of two-dimensional roughness in characterizing the roughness of structural surface, a specific surface area method (surface area ratio, SAR),) is proposed on the basis of 3D reconstruction of structural surface. The large roughness is reflected by the ratio of the mesh area to the fitting area of the structural surface. According to the measurement of the field structure surface, the roughness coefficient is calculated by the modified straight edge method, and the correlation between JRC and SAR is analyzed. Thirdly, according to the reconstructed structure surface, the average opening degree is calculated, and the equivalent opening degree is used as the opening degree of a single structural plane for computer simulation. The Barton formula is used to estimate the mechanical parameters of the structural plane. Finally, combining with the concrete engineering example, using ShapeMetriX3D system to collect the information of the structural plane on the spot, the real information of the structural plane is represented by the network simulation method of the structural plane, the 3D structural plane model of the rock mass tunnel is established, and the key blocks are searched by the application program. The stability of rock mass is analyzed, and compared with the actual engineering, the validity of the program is verified and the results are shown.
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU45

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本文編號：2297031