复杂岩体三维岩石块体系统构建方法及程序研制

论文摘要

复杂岩体工程中,确定性结构面、随机分布结构面以及工程界面等将岩体划分成若干封闭块体。通过构建三维岩石块体系统,确定性块体的几何形态与邻接关系,是裂隙岩体稳定性分析的重要基础。本文提出了一种基于层次岩体结构模型的复杂岩体三维岩石块体系统的构建方法。采用分级建模方式,先构建由确定性结构面、工程界面、地表面等确定界面组成的岩体结构模型,并搜索出由这些界面围成的确定性块体,然后在每个确定性块体内建立随机结构面网络模型,再搜索出随机块体。确定性块体的构建方法是先通过界面求交、界线编辑与简单弧划分形成统一线框架;再进行界面闭合环搜索、界面编辑与重构;最后利用最小顺时针夹角规则搜索封闭块体。随机块体系统的构建方法与确定性块体类似,但由于确定性块体规模较大,包含的随机结构面数量众多,一次性处理耗费机时与内存巨大,为此本文采用分块构建的方式,按一定尺寸将确定性块体切割成一系列小块体,再在小块体内通过界面求交、界线编辑、闭合环搜索、封闭块体搜索等方法构建随机块体系统,然后把被小块体切割的随机块体再拼接合并,最后用确定性块体的边界面去切割随机块体,得到最终的随机块体系统。本论文以VC++为平台,开发了三维岩石块体生成系统BlockModel,可以为块体理论、离散元法、非连续变形分析方法提供几何模型,为岩体稳定性分析做好前处理工作。最后为了检验和校正本文的构建方法,利用上述程序实现了小湾水电站左岸马道边坡三维岩石块体系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究进展及存在的问题
• 1.2.1 岩体结构面模拟研究进展
• 1.2.2 三维岩石块体系统构建方法的研究进展
• 1.2.3 存在的问题
• 1.3 本文的研究内容及技术路线
• 1.3.1 本文的研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 层次岩体结构模型构建方法
• 2.1 基本方法
• 2.2 确定性结构面的模拟
• 2.3 随机结构面网络模拟
• 2.3.1 基本原理及方法
• 2.3.2 三维结构面网络模拟
• 第3章 三维岩石块体系统构建方法
• 3.1 基本方法
• 3.1.1 块体的表示方法
• 3.1.2 块体系统构建方法
• 3.2 确定性块体系统的构建方法
• 3.2.1 模拟主要界面
• 3.2.2 构建一级线框架
• 3.2.3 界面的闭合环搜索
• 3.2.4 界面的编辑与重构
• 3.2.5 搜索确定性块体
• 3.3 海量随机块体系统的构建方法
• 3.3.1 基本思路
• 3.3.2 单个小块体内随机块体的构建
• 3.3.3 随机块体的拼接与合并
• 3.3.4 随机块体被确定性结构面切割
• 第4章 三维岩石块体生成系统的研制
• 4.1 系统总体设计方案
• 4.2 系统的实现
• 4.2.1 层次岩体结构模型的构建
• 4.2.2 随机结构面网络模拟
• 4.2.3 模型检验
• 4.2.4 块体的识别
• 第5章 小湾水电站左岸边坡岩石块体系统的构建
• 5.1 工程概况
• 5.1.1 基本情况
• 5.1.2 左岸边坡概况
• 5.2 构建边坡块体系统
• 5.2.1 建模要求
• 5.2.2 构建过程
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献