【摘要】：隨著我國水電工程的發(fā)展,越來越多的水電工程建設(shè)在地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域。地質(zhì)構(gòu)造對巖體穩(wěn)定性、滲透性有很大影響,在水電工程建設(shè)中必須詳細(xì)勘察研究。由于地質(zhì)構(gòu)造自身的不確定性、地質(zhì)勘測技術(shù)的限制和現(xiàn)階段人類認(rèn)知的局限性,因此地質(zhì)構(gòu)造存在廣泛的不確定性;這直接影響了地質(zhì)模型的準(zhǔn)確性和設(shè)計(jì)方案的制定,進(jìn)而影響工程施工進(jìn)度、成本和質(zhì)量。因此,運(yùn)用不確定性理論對地質(zhì)構(gòu)造的位置、屬性分類和空間關(guān)系進(jìn)行分析,并建立準(zhǔn)確的地質(zhì)構(gòu)造模型是水電工程地質(zhì)構(gòu)造分析研究的關(guān)鍵問題之一。本文就上述問題展開深入的研究分析,并取得了以下研究成果:1、針對水電工程地質(zhì)構(gòu)造不確定性強(qiáng)的突出問題,提出了基于不確定性分析的水電工程地質(zhì)構(gòu)造建模理論框架和數(shù)學(xué)模型。首先分析了水電工程地質(zhì)構(gòu)造建模中的不確定性因素;在此基礎(chǔ)上,提出了基于不確定性分析的水電工程地質(zhì)構(gòu)造建�？蚣芎蛿�(shù)學(xué)模型;對水電工程地質(zhì)構(gòu)造建模中的不確定性問題進(jìn)行分解,提出了水電工程地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)不確定性分析的數(shù)學(xué)模型、大尺度地質(zhì)構(gòu)造三維建模的數(shù)學(xué)模型和裂隙網(wǎng)絡(luò)三維模擬的數(shù)學(xué)模型,為水電工程地質(zhì)構(gòu)造不確定性分析與建模的實(shí)現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)。2、對水電工程地質(zhì)構(gòu)造建模數(shù)據(jù)中的不確定性問題進(jìn)行分類研究,提出了水電工程地質(zhì)構(gòu)造位置、屬性分類與空間關(guān)系不確定性分析方法。地質(zhì)構(gòu)造位置、屬性與空間關(guān)系是水電工程地質(zhì)構(gòu)造建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時(shí)也存在多種不確定性,直接影響了地質(zhì)構(gòu)造模型的準(zhǔn)確性,因此需要對水電工程地質(zhì)構(gòu)造位置、屬性與空間關(guān)系中的不確定性進(jìn)行深入分析。在水電工程地質(zhì)構(gòu)造位置不確定性分析方面:針對目前水電工程地質(zhì)剖面繪制中以一系列折線來逼近曲線,忽略了線元中間點(diǎn)誤差的問題,提出了利用點(diǎn)元誤差橢圓模型、線元誤差帶模型來描述地質(zhì)構(gòu)造位置不確定性的方法;在此基礎(chǔ)上采用三次樣條曲線擬合地質(zhì)構(gòu)造點(diǎn)元數(shù)據(jù),通過與隨機(jī)折線誤差帶對比,證明三次樣條曲線在擬合地質(zhì)分界點(diǎn)時(shí)引起的地層位置誤差小。在水電工程地質(zhì)構(gòu)造屬性分類不確定性分析方面:針對目前屬性分類方法難以計(jì)算屬性權(quán)重并且無法評價(jià)分類精度的問題,提出了利用粗糙集和條件熵計(jì)算各分類指標(biāo)屬性權(quán)重的屬性分類方法,能夠避免主觀性,合理計(jì)算屬性指標(biāo)的權(quán)重;提出了基于誤差矩陣的屬性分類精度評價(jià)方法,運(yùn)用用戶精度、生產(chǎn)者精度、錯(cuò)分誤差、漏分誤差、Kappa系數(shù)等指標(biāo)全面評價(jià)分類精度。在水電工程地質(zhì)構(gòu)造空間關(guān)系不確定性分析方面:針對目前缺乏對地質(zhì)構(gòu)造對象的空間關(guān)系描述且三維空間關(guān)系描述能力不足的問題,提出了地質(zhì)構(gòu)造空間關(guān)系統(tǒng)一表達(dá)模型,分別采用區(qū)域連接演算(Region connection calculus,RCC)理論、3D27方向關(guān)系模型、擴(kuò)展的歐式距離對地質(zhì)構(gòu)造的拓?fù)潢P(guān)系、方向關(guān)系、距離關(guān)系進(jìn)行表達(dá)。3、針對水電工程大尺度地質(zhì)構(gòu)造的數(shù)據(jù)離散性、不均勻性和幾何形態(tài)復(fù)雜性等不確定性問題,提出了基于T-splines的三維地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)建模方法。目前的研究難以對工程重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行細(xì)分建模,且刻畫地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜幾何形態(tài)的能力不足。在NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines)建模的基礎(chǔ)上,提出了新的三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)T-splines NURBS BREP和大尺度地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)建模方法。該方法具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1)繼承了NURBS使用參數(shù)解析形式表達(dá)地質(zhì)體表面的精確性,可以對地質(zhì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行較好地?cái)M合;(2)Tsplines具備局部加細(xì)特性,能夠?qū)こ讨攸c(diǎn)區(qū)域進(jìn)行局部細(xì)分建模,并能建立具有分形復(fù)雜性的地質(zhì)構(gòu)造;(3)T-splines細(xì)分曲面具有表現(xiàn)任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靈活性,有能力構(gòu)造高虧格的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造模型�；赥-splines的三維地質(zhì)構(gòu)造精細(xì)建模方法提高了大尺度地質(zhì)構(gòu)造建模精度和刻畫復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的能力,為水電工程地質(zhì)建模與分析提供有力的技術(shù)手段。4、針對水電工程巖體裂隙數(shù)據(jù)不完整、幾何形態(tài)不確定、分布隨機(jī)等不確定性問題,提出了基于LHS的巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬方法。目前的研究忽略了揭露面以下數(shù)據(jù)對模擬結(jié)果的影響,且多采用蒙特卡洛方法(Monte Carlo,MC)進(jìn)行模擬,計(jì)算效率低,易出現(xiàn)樣本坍塌,本研究提出了基于拉丁超立方(Latin Hypercube Sampling,LHS)的巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)模擬方法。通過鉆孔攝像資料對揭露面裂隙數(shù)據(jù)進(jìn)行有效補(bǔ)充與校正,在此基礎(chǔ)上對裂隙位置、大小、數(shù)量和產(chǎn)狀等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用LHS方法對裂隙參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)模擬,最終通過VisualGeo軟件建立巖體裂隙三維網(wǎng)絡(luò)模型。利用LHS抽樣法獲得的隨機(jī)樣本對分布的擬合程度比MC方法更好,空間填充性好,可以為水電工程基礎(chǔ)穩(wěn)定分析提供準(zhǔn)確的三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型。以我國西南某水電站為例,將本文提出的基于不確定性分析的地質(zhì)構(gòu)造建模理論與方法進(jìn)行了應(yīng)用研究。實(shí)踐表明,本文提出的理論與方法能夠?qū)Φ刭|(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)的不確定性進(jìn)行合理分析,而且實(shí)現(xiàn)了對地形體、覆蓋層體、透鏡體幾何復(fù)雜性與拓?fù)鋸?fù)雜性的精確刻畫,建立了準(zhǔn)確的巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型,為水電工程地質(zhì)構(gòu)造分析提供了準(zhǔn)確的模型基礎(chǔ)和決策依據(jù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TV221.2

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本文編號：2140786