節(jié)理巖體結構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構面組成的巖體結構。巖體結構面具有大小不一、產狀不同、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

2、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，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

3、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)

4、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的大小。根據(jù)現(xiàn)場結構面的測量，應

5、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