【摘要】：巖體中發(fā)育著大量的不連續(xù)面并多以隨機(jī)展布的形式存在著,由于不連續(xù)面的存在使得巖體的力學(xué)、幾何及水力學(xué)性質(zhì)變得越來越復(fù)雜,且影響著巖體的變形與穩(wěn)定。也就是說巖體具有著不連續(xù)性、不均勻性及各向異性的特征。馬吉水電站壩址區(qū)位于青藏高原東南部,該段河谷地形陡峭,新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,節(jié)理、裂隙發(fā)育,工程地質(zhì)條件復(fù)雜。壩址區(qū)巖體以混合花崗巖與混合片麻巖為主,經(jīng)過多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),巖石強(qiáng)度較高,質(zhì)地較為堅(jiān)硬。因此,分析、研究清楚壩址區(qū)裂隙巖體結(jié)構(gòu)特性,對(duì)于大壩與地下廠房設(shè)計(jì)、巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析以及工程建設(shè)投資等具有重大的意義。本論文是根據(jù)對(duì)馬吉水電站壩址區(qū)右岸野外巖體露頭、鉆孔與平洞內(nèi)節(jié)理、裂隙數(shù)據(jù)信息的調(diào)查與采集,獲得壩址區(qū)的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、風(fēng)化程度以及各勘探平洞內(nèi)節(jié)理、裂隙起始端點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)、跡長、產(chǎn)狀與跡線類型等信息,并依據(jù)平洞內(nèi)巖體結(jié)構(gòu)特征、裂隙產(chǎn)狀、跡線長度等參數(shù)利用改進(jìn)的Miller方法對(duì)平硐內(nèi)的巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)均質(zhì)區(qū)劃分。隨后,以每個(gè)均質(zhì)區(qū)內(nèi)的裂隙巖體為研究對(duì)象,依據(jù)各裂隙組產(chǎn)狀分布特征、圓盤直徑分布特征、裂隙圓盤中心點(diǎn)的分布規(guī)律及裂隙密度等特征,利用Monte-Carlo方法與Baecher圓盤模型理論建立了壩址區(qū)內(nèi)不同地質(zhì)單元的三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型。該文章以基于概率統(tǒng)計(jì)理論的三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)為基礎(chǔ),以馬吉水電站壩址區(qū)右岸裂隙巖體為研究對(duì)象,從不同角度出發(fā)對(duì)不同尺度的裂隙巖體表征單元體的評(píng)價(jià)方法、尺寸計(jì)算及其相互關(guān)系進(jìn)行了研究,并對(duì)廣義巖塊尺度表征體的各向異性以及幾何形態(tài)等特征進(jìn)行了討論,最后,依據(jù)不同尺度表征單元體的特征建立了馬吉水電站右岸壩肩巖體的等效結(jié)構(gòu)巖體模型。主要研究內(nèi)容如下:1.工程巖體尺度表征單元體的研究本文是以壩址區(qū)右岸的四個(gè)勘探平硐為研究對(duì)象,在Miller方法的基礎(chǔ)上同時(shí)考慮產(chǎn)狀與跡長這兩個(gè)幾何參數(shù),利用似然比檢驗(yàn)方法分別對(duì)不同平硐間的巖體結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)均質(zhì)區(qū)與相同性質(zhì)的不同硐段間的相似邊界范圍進(jìn)行討論,最終確定了馬吉水電站右岸裂隙巖體統(tǒng)計(jì)均質(zhì)區(qū)的劃分原則及工程巖體尺度表征單元體尺寸;2.廣義巖塊尺度表征單元體的研究廣義巖塊尺度表征單元體即是我們通常所說的巖體表征單元體(REV),本文利用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)建立壩址區(qū)右岸巖體的三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型,在模型中隨機(jī)選取100個(gè)計(jì)算區(qū)域,基于各計(jì)算區(qū)域所獲得的體積裂隙強(qiáng)度(P_(32))指標(biāo)的分布特點(diǎn),利用能夠同時(shí)考慮各樣本間的統(tǒng)計(jì)相似性的多樣本的Jonckheere-Terpstra檢驗(yàn)方法,分析了壩址區(qū)右岸裂隙巖體的尺寸效應(yīng),并確定工程巖體內(nèi)各結(jié)構(gòu)單元的廣義巖塊尺度表征單元體尺寸;3.不同尺度表征體的差異性分析基于工程巖體尺度表征體與廣義巖塊尺度表征體的研究,發(fā)現(xiàn)兩種尺度的表征體在某種條件下具有一定的相近之處,又有所區(qū)別。本文分別對(duì)兩種尺度的表征體的評(píng)價(jià)方法、存在條件及相互關(guān)系進(jìn)行了分析與討論,并研究了這兩種表征體的尺寸效應(yīng)。結(jié)果表明,工程巖體尺度表征體是相似巖體結(jié)構(gòu)的最大值,而廣義巖塊尺度表征體(REV)則是相似巖體結(jié)構(gòu)的最小值;4.REV的各向異性特征研究本文以三維裂隙網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ),采用體積裂隙強(qiáng)度指標(biāo)(P_(32))及非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法分析了不同傾向、傾角取樣方向上的REV特性,證明了裂隙巖體廣義巖塊尺度表征單元體的各向異性特征的存在,討論了裂隙組組數(shù)與REV的各向異性特征的關(guān)系:隨著裂隙組數(shù)量的增加,REV的各向異性特征越明顯。5.REV幾何形狀的研究本文采用分單個(gè)裂隙組的方法對(duì)裂隙巖體廣義巖塊尺度表征單元體的幾何形狀特征進(jìn)行了研究。依據(jù)REV的概念,通過理論計(jì)算獲得每個(gè)裂隙組在任意取樣方向上的REV的分布規(guī)律,提出利用裂隙組中最大的REV來代表該裂隙組的REV,依據(jù)疊加原理將各個(gè)裂隙組的立方體(REV)進(jìn)行空間組合,從而獲得整個(gè)巖體的REV,因此,整個(gè)巖體REV的幾何形狀是一個(gè)與裂隙組產(chǎn)狀有關(guān)的、復(fù)雜的、不規(guī)則的幾何體。6.本文提出了一種計(jì)算廣義巖塊尺度表征單元體的方法。依據(jù)各裂隙組的取樣方向及計(jì)算參數(shù)確定每個(gè)節(jié)理組的REV尺寸及存在方向,基于立方體(REV)重心利用疊加原理組合各立方體,所獲得的這個(gè)不規(guī)則的幾何體即為這個(gè)結(jié)構(gòu)地質(zhì)單元的裂隙巖體廣義巖塊尺度表征單元體。7.依據(jù)多尺度表征單元體的特征建立馬吉水電站右岸壩肩巖體的等效結(jié)構(gòu)巖體模型,并利用有限元軟件分析壩肩巖體邊坡的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)的分布特征。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV223.1

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本文編號(hào)：2752889