本文選題：巖石塊體識(shí)別 + 曲面裂隙��； 參考：《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)》2017年博士論文

【摘要】：巖體穩(wěn)定性分析是水利工程建設(shè)過(guò)程中非常重要的問(wèn)題。在大型水電工程中,巖體結(jié)構(gòu)是控制各關(guān)鍵區(qū)域穩(wěn)定性的主要因素之一。塊體理論是處理該問(wèn)題的一個(gè)有效方法,巖體中包含的裂隙面與施工開挖面會(huì)將巖石切割成形狀各異的塊體。這些巖石塊體的的形態(tài)會(huì)影響巖體中流體的行為,并且各塊體的失穩(wěn)會(huì)破壞巖體的整體穩(wěn)定性,從而影響巖體工程的安全。因此,準(zhǔn)確識(shí)別由復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)所形成的巖石塊體是巖體工程設(shè)計(jì)與施工中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一,也是各離散數(shù)值模型的重要前處理步驟。本研究在單元塊體組合法的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了一個(gè)考慮復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)的巖石塊體識(shí)別方法。其可同時(shí)處理平面和曲面裂隙,并可構(gòu)建任意形狀的巖石塊體。該方法還分析了復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)可能帶來(lái)的數(shù)值計(jì)算問(wèn)題,并建立了系統(tǒng)的計(jì)算誤差控制方法。本研究基于邊界表示法構(gòu)建了一套逐層遞進(jìn)的塊體系統(tǒng)表示方法。該方法可準(zhǔn)確有效地描述各離散塊體的位置和形狀。針對(duì)巖體工程地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn),本研究中使用三角網(wǎng)表示曲面裂隙,并可靈活選擇隨機(jī)裂隙模型。該表示方法有靈活性高、數(shù)據(jù)量小等特點(diǎn),其同時(shí)適用于其它離散巖體數(shù)值模型。提出了考慮曲面裂隙的塊體識(shí)別方法。對(duì)曲面三角網(wǎng)進(jìn)行了預(yù)處理,在各三角網(wǎng)相交處進(jìn)行了三角形的重新劃分。使用限定四面體剖分算法將研究區(qū)域剖分為有限個(gè)四面體子區(qū),并在合并相鄰子區(qū)的過(guò)程中跳過(guò)被曲面裂隙分隔的子區(qū),從而將曲面裂隙的形狀保留在所識(shí)別的塊體上。本方法可更加精確地描述工程區(qū)域內(nèi)復(fù)雜的巖石塊體系統(tǒng)�；谟欣頂�(shù)運(yùn)算模型,研究了塊體識(shí)別過(guò)程中的計(jì)算誤差控制方法。實(shí)現(xiàn)了精確運(yùn)算方法,使用有理數(shù)運(yùn)算代替?zhèn)鹘y(tǒng)的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算,避免了截?cái)嗾`差的產(chǎn)生,并應(yīng)用大數(shù)運(yùn)算解決了數(shù)據(jù)溢出問(wèn)題。構(gòu)建了過(guò)濾器和惰性計(jì)算機(jī)制,避免了不必要的有理數(shù)運(yùn)算,提升了精確運(yùn)算方法的效率。結(jié)合有限精度模型,提出了輸入輸出數(shù)據(jù)的規(guī)范化方法。該精確運(yùn)算方法可處理任意形狀的裂隙模型,并可保證塊體識(shí)別結(jié)果的正確性。其計(jì)算結(jié)果可為進(jìn)一步的非連續(xù)巖體分析提供可靠的輸入數(shù)據(jù)。該方法還可被用來(lái)處理復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬過(guò)程中所遇到的計(jì)算誤差問(wèn)題,并且可以輔助建立離散巖體的力學(xué)與水力學(xué)模型。應(yīng)用本研究所實(shí)現(xiàn)的塊體識(shí)別程序,構(gòu)建了新的巖石塊體穩(wěn)定性分析方法。該方法量化了巖橋?qū)K體穩(wěn)定性的影響。利用塊體識(shí)別程序?qū)ふ铱赡馨l(fā)生破壞的巖橋,并在計(jì)算塊體穩(wěn)定系數(shù)時(shí)將巖橋上的抗剪力納入到塊體的抗滑力中。為巖體工程的施工與支護(hù)設(shè)計(jì)提供了更精確的數(shù)據(jù)支持。
[Abstract]:Rock mass stability analysis is a very important problem in the process of water conservancy construction. In large hydropower projects, rock mass structure is one of the main factors to control the stability of key regions. Block theory is an effective method to deal with this problem. The fissure surface and construction excavation surface in rock mass will cut the rock into blocks with different shapes. The shape of these rock blocks will affect the behavior of fluid in rock mass, and the instability of each block will destroy the overall stability of rock mass, thus affecting the safety of rock mass engineering. Therefore, the accurate identification of rock blocks formed by complex fracture networks is one of the key problems to be solved in the design and construction of rock mass engineering, as well as an important pre-processing step for each discrete numerical model. Based on the element block combination method, a rock block identification method considering complex fracture networks is proposed. It can deal with both plane and surface cracks, and can construct rock blocks of any shape. This method also analyzes the possible numerical problems caused by complex fracture networks, and establishes a systematic calculation error control method. In this paper, a hierarchical progressive block system representation method based on boundary representation is proposed. This method can accurately and effectively describe the position and shape of each discrete block. According to the characteristics of engineering geological structure of rock mass, the triangular network is used to represent the surface fracture in this study, and the random fracture model can be flexibly selected. The method has the advantages of high flexibility and small amount of data, and it is suitable for other discrete rock mass numerical models at the same time. In this paper, a method of block identification considering curved surface cracks is proposed. The surface triangulation is pretreated and the triangles are redivided at the intersection of each triangulation. The study area is divided into finite tetrahedron subregions by the finite tetrahedron algorithm, and the subregions separated by the surface fissure are skipped in the process of merging the adjacent subregions, so that the shape of the surface fissure is retained on the identified block. This method can more accurately describe the complex rock block system in the engineering area. Based on rational number operation model, the calculation error control method in block recognition is studied. The accurate operation method is realized and the rational number operation is used to replace the traditional floating point operation. The truncation error is avoided and the problem of data overflow is solved by using the large number operation. Filter and inert computer system are constructed to avoid unnecessary rational number operation and improve the efficiency of precise operation method. Based on the finite precision model, a normalization method of input and output data is proposed. The accurate calculation method can deal with fracture models with arbitrary shape and ensure the correctness of block identification results. The calculated results can provide reliable input data for further discontinuous rock mass analysis. The method can also be used to deal with the computational errors encountered in the simulation of complex fracture networks and to assist in the establishment of mechanics and hydraulics models of discrete rock masses. A new method of rock block stability analysis is constructed by using the block recognition program. This method quantifies the influence of rock bridge on block stability. The block identification program is used to find the rock bridge which may be destroyed, and the shear force on the rock bridge is incorporated into the block anti-slide force when calculating the block stability coefficient. It provides more accurate data support for the construction and support design of rock mass engineering.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TV223

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本文編號(hào)：2086881