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国重室复杂岩体结构三维建模技术研究取得进展

发布时间:2021-01-04 00:00:00
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  工程岩体经受过复杂的地质作用后,其内部存在不同规模、性质各异的地质结构面(断层、节理、裂隙),这些确定性或随机的结构面彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等和成分各异的岩石块体。岩石块体系统在环境与工程作用下往往容易诱发崩塌滑坡地质灾害。基于离散块体的非连续计算方法是解决该问题的有力武器,比如关键块体理论(KBT)、非连续变形分析(DDA)方法与数值流形方法(NMM)等,这些方法应用的前提是实现复杂岩石块体系统几何特征的显式表达,这也是阻碍三维非连续计算方法发展的关键壁垒之一。

  本研究基于地质调查统计分析,结合无人机倾斜摄影技术,获取等高线、崩塌滚石边界与随机节理裂隙产状等基础数据;采用地表网格重构技术与三维随机节理裂隙网络模拟技术,得到表征地表与随机结构面的几何要素。以边界面、确定性结构面与随机结构面为输入数据集合,利用组合拓扑学理论中顶点—有向边—有向环—有向面—有向体统一表达凸体、凹体及具有复连通特性的块体,采用三维计算几何算法开展点、线、面、体之间的相关分析,实现块体系统全空间识别,形成了一整套复杂岩体结构三维建模技术。该技术理论完备、操作简便、分析精度高,可为KBT、DDA与NMM等三维非连续计算提供有效的地质与力学模型,主要用于典型地质灾害场景分析。

  研究成果得到国家自然科学基金面上项目(51779250,51679232)、中国科学院国际合作局国际伙伴计划项目(131551KYSB20180042)的资助,相关研究发表在《International Journal of Geomechanics》。

  论文链接:https://ascelibrary.org/doi/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001522

  

(a)三维随机节理裂隙网格生成

 (b)部分岩石块体

图1 复杂岩体结构三维建模技术在边坡工程中的应用

        

(a)随机节理与隧道边界生成           (b)三维块体系统识别

            

    (c)隧道开挖模型               (d)开挖表面的岩石块体

图2 复杂岩体结构三维建模技术在隧道工程中的应用 



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