三维激光扫描与结构面模拟在地质勘察中的应用

边坡岩体结构调查是跨江桥梁工程地质勘察的重要内容,利用三维激光扫描与结构面三维模拟技术,能更方便地获取边坡岩体结构的信息。介绍了三维激光扫描仪的工作原理及野外工作条件,配合野外结构面产状测量,建立斜坡岩体三维结构面网络模型,能高精度、高效率地获取岩体结构特征。以清江某拟建跨江大桥桥址区两岸边坡岩体结构调查为例,阐述了该方法的应用条件、步骤以及内业解译过程,具有指导意义。

运用结构面模拟技术分析岩体质量特征

在总结以往岩体质量分类经验基础上 ,突出岩体的结构特征分析与研究 ,阐明了岩体质量评价的理论、方法、指标体系 ,结合实例建立了一种简洁、实用的岩体质量评价体系。在这一系统中 ,突出了岩体结构面网络模拟分析在评价中对确定 RQD值的重要作用 ,解决了 RQD值的定量分析 ,对岩体质量评价向定量化发展具有重要意义。

岩体结构面网络模拟的改进与应用

随着计算机技术的发展,以统计学为基础的结构面网络模拟技术日益完善,被广泛的应用到工程实践中。但在传统的结构面网络模拟中,随机生成的结构面一直未能很好表现出结构面间距的概率分布模型。针对这一点,对随机结构面中心点的生成方式进行了改进,使随机结构面在模拟区内反应出结构面间距的概率分布模型。改进方法使结构面网络模型具有更强的不均匀性,更符合自然状态中结构面的分布形态。改进方法还可以通过控制随机结构面中心点的分布形式来控制模拟区结构面的分布形态,再结合工程实际可以让结构面网络模型更接近其实际形态。

基于三维结构面网络模拟的岩体变形模量确定方法

变形模量作为表征岩体变形特征的重要参数,是岩体工程设计的基础力学参数之一。在综合前人研究的基础上提出了基于三维结构面网络模拟确定岩体变形模量的方法,编制了三维结构面网络模拟及计算RQD值的程序。以西南山区某水电站坝址区岩体为实例,在概率统计各组优势结构面几何要素分布形式的基础上,采用Monte Carlo法生成三维结构面网络模型,据此获得岩体三维RQD值,利用RMR法进行质量评价和变形模量的确定,并与钻孔资料统计法和原位试验结果进行对比分析。结果表明:基于钻孔资料统计的估算结果与原位试验相对误差达31.62%,且其估算值偏低;基于三维结构面网络模拟的估算结果与原位试验相对误差仅为2.56%,估算结果精度较高。该方法考虑了岩体质量的空间各向异性,对岩体的质量评价和参数确定更为合理,研究成果为该工程的优化设计提供了合理的计算参数。

基于结构面网络模拟的龙门石窟擂鼓台渗水产生机理研究

渗水病害在龙门石窟擂鼓台中发育明显,为明晰擂鼓台区渗水机理,现场对石窟内外共149条裂隙开展了调查。基于此数据样本,运用Monte-Carlo随机模拟生成了擂鼓台斜坡区结构面三维网络图。模拟结果显示,擂鼓台三窟中主要连通途径是由倾向NNW的层面和倾向SW和SE的两组近直立结构面构成,在石窟中部和南部结构面连通率分别高达87.1%和83.6%。综合该模拟结果及窟内外裂隙发育特征,可将擂鼓台北、中、南三洞渗水机理归结为:北洞SW、NWW倾向裂隙J12、J4加速2号平台滞水进入石窟顶部,洞内大量发育的倾向SW、SE裂隙向上与J12、J4连通,方便地表水渗入至洞内;中洞渗水受裂隙J12及J35控制,洞内大量发育的SW、SE倾向裂隙与J12、J35相通构成窟内主要渗水通道,其中J12与JM1直接相连是中洞渗水关键;南洞因山体缺失不存在沿层面渗水,地表水主要沿砌体与山体间隙及SE、SW倾向的J11、J31、J30等构造裂隙渗入,后在洞内连通程度较高的SW倾向裂隙引导下流至窟内表。本研究所取得的经验可为同行在以后类似工程中所应用。

结构面三维网络模拟计算RQD及精度对比研究

以汶川映秀镇百花大桥边坡岩体为实例,运用结构面三维网络模拟法计算RQD值,具体步骤为:在概率统计结构面各项参数获取结构面模拟参数的基础上,利用Monte-Carlo法生成岩体节理三维网络,在边坡震时主滑平面、主滑横剖面、水平面上各方向布置测线模拟钻孔,获取54个钻孔岩石质量指标RQD值,以其期望值作为最终RQD。以结构面测量统计得到的等效钻探RQD为真值,对比体积RQD法和网络模拟法的相对误差(体积RQD法为24.6%;结构面三维网络模拟法仅为3.3%),证实结构面三维网络模拟法相对误差要小得多,精度显著提高。结构面三维网络模拟法是计算RQD的好方法,具有广泛的应用前景。

基于结构面网络模拟技术的边坡楔形体分析方法研究

山区高速公路的建设日益增多,岩质高边坡越来越多地出现于工程建设之中。对于完整性较好的岩质边坡,楔形体破坏是常见的边坡破坏类型之一。由于楔形体数量多,规模及稳定性都差别较大,位置也不固定,在勘探过程中难以确定,给边坡稳定性分析及设计带来很大不便。依据楔形体几何结构条件,将楔形体分成Ⅰ型(出现于坡肩,由两条相交的结构面与坡顶、坡面共同包围形成)和Ⅱ型(出现于坡面,由三条结构面与坡面共同包围形成),利用结构面三维网络模拟技术,对岩质边坡工程中楔形体进行随机分析和分步筛选,发展了搜索楔形体及其稳定性评价方法,用以指导边坡评价、设计和加固治理,并在厦沙高速的边坡稳定性分析中尝试应用。结果表明:对于岩质边坡,可根据楔形体的几何构成条件,利用楔形体分析方法,可以从岩体三维结构数字模型中抽取楔形体,并进行楔形体稳定性分析;通过Ⅰ型楔形体和Ⅱ型楔形体的对比,当边坡坡高较大时,Ⅱ型楔形体数量远远大于Ⅰ型楔形体,因此应更重视对Ⅱ型楔形体的研究。

结构面模拟分析在岩体质量研究中的应用

在总结以往岩体质量分类经验基础上 ,突出岩体的结构特征分析与研究 ,阐明了岩体质量评价的理论方法、指标体系 ,结合实例建立了一种简洁、实用的岩体质量评价体系。在这一系统中 ,突出了岩体结构面网络模拟分析在评价中对确定RQD值的重要性 ,解决了RQD值的定量分析。通过工程实践说明这一评价体系对工程建设具有重要指导意义。

岩体结构面网络模拟在滑坡中的应用

通过结构面网络模拟研究滑坡的岩体结构特征 ,进而利用岩体质量指标 (RQD)进行岩体分类、估计岩体强度。此方法在赵树岭滑坡的研究中得到了很好的应用。

结构面三维模拟技术在跨江特大桥梁边坡岩体结构调查中的应用

岩体结构调查是跨江特大桥梁工程地质勘察的重要内容,桥位区边坡岩体结构影响到桥梁的勘察、设计、施工。基于Monte-Carlo随机模拟原理的结构面三维模拟技术,是传统而有效的结构面调查方法,能方便地获取边坡岩体结构的信息,在边坡岩体结构调查中发挥重要作用,可以给跨江桥梁等工民建在选址上提供技术支持,以清江水布垭拟建跨江大桥两边边坡岩体结构调查为例,分析其在工程中应用。

结构面网络模拟结果后处理研究

结构面网络模拟是获取岩体结构模型的主要手段。基于网络模拟结果建立岩体力学或水力学分析模型,然后开展精细数值模拟研究,是岩石力学领域具有良好前景的发展方向。但目前尚没有成熟的分析软件能够将网络模拟结果转化为能用于力学或水力学计算的单元网格,针对这一现状,开发了一整套结构面网络模拟结果后处理程序,利用该程序,可以方便地将网络模拟结果转化为能用于水力学计算的连通水力网络,以及能用于力学分析的包含节理单元的有限元网格。并对相关的程序算法和实现过程作了详尽的介绍,希望能够对从事该领域研究工作的同行有参考价值。

基于结构面网络模拟的节理岩质边坡可靠性分析

在节理岩质边坡的稳定性分析中,往往很少考虑结构面的随机分布特征。结构面网络模拟能较好地模拟结构面的随机分布,因此,本文将结构面网络模拟应用于节理岩质边坡的稳定性分析中。首先,运用岩体结构面网络模拟技术,建立岩质边坡的结构面网络模型。然后,将模拟的结果与有限元强度折减法相结合求取边坡的安全系数。最后,对边坡进行一定次数的结构面网络模拟并得到对应的安全系数,进而进行节理岩质边坡的可靠性分析。工程实例结果表明:(1)节理岩质边坡的稳定性主要受坡面附近结构面的数量及切割组合关系影响,结构面的数量越多,连通情况越好,则边坡稳定性安全系数越小;(2)该边坡的平均稳定性安全系数为3.06,失效概率为5%,表明该边坡有较高的可靠性,这与实际情况比较一致。本文的分析方法主要考虑了结构面的随机分布特征,能为节理岩质边坡的稳定性分析提供一条新的思路和方法。

基于结构面网络模拟的岩体深部卸荷裂隙及非均质特性研究

深部卸荷裂隙是一类非构造成因的特殊地质现象,常出现在高山峡谷地带,对工程建设有重要影响。将二维结构面网络模拟运用于模拟某水电站边坡平硐内深部卸荷裂隙和常规卸荷裂隙,在该模拟结果中布设18个虚拟钻孔,利用Autolisp编写岩石质量指标统计程序来计算岩体RQD值。并统计、对比两类裂隙岩体在不同阈值的岩体RQD值及其标准差。利用RQD值的差异将两类岩体裂隙实现区分,同时基于RQD值的标准差体现出的数据的离散性,进一步分析裂隙岩体的非均质特性。

基于三维结构面网络模拟的某磷矿边坡岩体质量评价

岩石质量指标RQD是RMR、Q系统等岩体质量分类法中的基础参数,在岩体质量评价中应用广泛。然而,传统RQD获取方法与钻孔位置、方向、数量等密切相关,无法保证RQD的全面性与客观性。基于此,以贵州某磷矿边坡为研究背景,综合传统详细勘测线法与三维激光扫描法的岩体结构面现场实测结果,采用三维结构面网络模拟方法构建包含现场结构面信息的三维网络实体模型,从多个方位模拟计算研究区域的RQD,以获得更加准确客观的岩石质量指标,结果表明:整个南帮边坡岩体质量均为"一般",具有"上差下好"的特点。

结合结构面统计的侧向岩石压力计算方法

岩体抗剪强度取决于结构面分布及其性质,侧向岩石压力的计算常用岩体等效内摩擦角参数,而边坡规范中岩体等效内摩擦角的取值难以反映实际岩体结构面分布及其性质的影响。为确定合理的支挡结构侧向岩石压力值,提出对现场岩体结构面性质包括产状、隙宽、迹长、间距、粗糙度进行统计,进而结合现场结构面统计的蒙特卡洛随机模拟结果和RMR地质评价系统,对岩体结构面进行定量评价。利用评价结果和Hoek-Brown准则拟合得到岩体等效摩尔库伦强度参数,由此计算侧向岩石压力。通过与现有方法进行对比发现,采用本方法得到的岩体等效内摩擦角计算所得的侧向压力更符合实际。

基于MATLAB的岩体结构面三维模拟与表征单元体研究

岩体中的结构面对岩体等效物理力学参数有重要影响,当岩体体积大于表征单元体体积(REV)时,岩体等效参数趋于稳定。以新疆提依尔金矿为工程背景,使用Matlab软件,采用蒙特卡洛方法进行岩体结构面网络三维模拟,建立了与实际岩体具有相同统计特征的结构面三维模型;通过定义REV指标,综合确定岩体表征单元体为13m×13m×13m,约为最大节理迹长的3.7倍,为后续研究提供了基础数据。

基于结构面网络模拟的改进探讨

随着计算机技术的快速发展，以数学统计为基础的结构面网络模拟技术不断成熟，并逐渐应用于工程，而传统的结构面网络模拟技术应用于边坡离散元计算模拟极为困难。根据结构面几何特征参数，对生成区域进行了改进，采用边界固定程序法直接建立边坡随机网络模型，改进后的结构面网络模拟可以直接进行数值模拟计算，对工程应用更具有适用价值。

基于结构面网络模拟的岩质高边坡变形破坏模式离散元模拟

结构面的分布在边坡分析中一直是一个难点，往往很少考虑结构面的随机分布特征，不符合客观实际。文章提出利用随机结构面网络模拟应用于边坡，以西藏右岸边坡为研究对象，对边坡变形破坏模式进行研究。根据结构面几何特征参数，采用边界固定法建立边坡随机网络模型，将网络模型与二维离散元软件UDEC相结合模拟边坡的变形破坏过程。实际工程模拟表明：①结构面网络模型对边坡中结构面的分布能够较为真实的模拟，较好的体现了结构面的随机分布特点；②边坡的变形破坏力学模式为“滑移拉裂”，主要受控于结构面的数量及组合关系，结构面数量越多，连通情况越好，则越容易发生变形破坏，这与野外实际一致。③与传统UDEC边坡模拟相比，随机网络模拟的变形破坏过程更加符合实际，体现出了结构面间的随机组合形成边坡破坏路径。该方法可实现高边坡较为真实的模拟，变形破坏模式更为合理，为边坡稳定性分析提供了一种参考价值。

基于结构面网络模拟的矿体结构特征分析

通过对矿体裂隙进行实测,采集大量的数据,就可以采用蒙特卡洛方法进行了结构面网络模拟。利用该方法可以更有效地了解岩体的宏观发育规律,揭示网络系统和结构特征,了解矿体渗透规律和力学性质,指导滑体稳定性计算和进行矿体质量分级评价。

基于人工神经网络的岩体结构面分组方法研究

结构面分组是进行岩体结构面模拟的重要环节,将人工神经网络技术运用于结构面的分组中,是一种新的尝试。介绍了运用SOFM神经网络进行结构面分组的方法,并结合工程实例,对其应用效果进行了探讨,指出运用该法虽能达到对结构面进行智能分组的效果,但最后仍需对结果进行人工判断,特别是对高倾角的分组效果不理想,有待进一步改进完善。