基于通用椭圆盘模型的三维离散结构面网络模拟及其在边坡中的应用

构建三维离散结构面网络(DFN)是国内外公认的定量表征岩体结构最有效的手段。目前基本将结构面假定为圆盘模型,然而针对形状各异的天然结构面,圆盘模型适用性不强。最近具有广泛适用性的通用椭圆盘(UED)模型已建立。基于UED模型,开展岩体三维离散结构面网络模拟研究。首先概述了UED模型的几何参数,具体包括中心点位置、产状、长轴长、长短轴之比、长轴旋转角、三维密度;然后,针对结构面在岩体露头的两种出露方式,分别介绍了UED模型几何参数的确定方法;最后,以某岩质边坡为例,详细介绍了基于蒙特卡洛模拟生成了该边坡岩体三维UED DFN网络的过程。此外,对比了UED模型与现有的圆盘模型和相似椭圆盘模型的表征精度,结果表明,UED模型的表征精度分别比圆盘模型和相似椭圆盘模型的高16%和22%。

基于通用椭圆盘模型及3DEC实现的节理岩质边坡稳定性分析

构建节理岩质边坡三维离散裂隙网络是目前研究岩体内部不连续面分布的常用方法。为克服基于传统Baecher圆盘和多边形模型构建边坡三维离散裂隙网络模型的不足,提出基于通用椭圆盘模型构建三维离散裂隙网络在3DEC软件中的实现方法,进而准确高效评估节理岩质边坡稳定性。同时,简要介绍通用椭圆盘模型的基本原理,包括多边形裂隙平面化、最优椭圆盘模型拟合和空间椭圆盘模型生成等。给出在3DEC软件中基于通用椭圆盘模型构建节理岩质边坡三维离散裂隙网络的流程。最后以某露天矿边坡为例,调查不连续面组椭圆盘特征参数(长短轴比和旋转角)对边坡稳定性的影响,对比通用椭圆盘模型与传统Baecher圆盘模型之间的差别。结果表明:提出方法有效避免了繁琐的fish语言编程与效率较低的3DEC软件内部建模过程,实现了在3DEC软件中快速基于通用椭圆盘模型构建三维离散裂隙网络及进行边坡稳定性分析,为高效评估三维复杂节理岩质边坡稳定性提供了一种重要的技术手段。此外,阐明了通用椭圆盘模型特征参数对边坡稳定性的影响规律,说明了在工程实际中运用通用椭圆盘模型构建边坡离散裂隙网络的必要性。