基于岩体结构面特征的三维网络模拟研究
本文选题:岩体结构面特征 切入点:层次分析法 出处:《东北大学》2014年博士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:岩体结构面三维网络模拟是块体理论的一项重要内容,也是岩体力学研究的重要课题。但是,利用以往的优势组划分方法对岩体结构面进行分组,建立结构面的三维网络模型,未考虑到岩体结构面特征以及分组指标权重对分组结果的影响,而且也缺少一个量化指标来评价岩体结构面的特征。同时,现有的三维网络模拟技术所建立的模型无法搜索因岩体内部非贯通结构面扩展贯通而滑移的关键块体。针对上述的不足,为了进一步完善岩体结构面的三维网络模拟技术,使其更为真实的表征结构面的空间分布状态,本文开展了相关研究,主要研究内容及结论如下:基于层次分析法的原理,对影响岩体结构面特征的8个因素进行权重分配和综合测评,引入岩体结构面特征量化指标CSPC值,建立岩体结构面特征评价系统,该系统根据CSPC值很好的划分了岩体结构面的级别以及相应的岩体结构面力学参数。提出新的岩体结构面特征分级方法—CSPC法,该法不仅可以计算出岩体结构面的CSPC值,为基于岩体结构面特征的优势组划分奠定基础,还能确定岩体结构面级别,以及半定量地预测结构面的力学参数。将贯通强度作为判断含非贯通结构面岩体岩桥贯通与否的衡量指标,采用数值模拟的方法计算了175个不同岩体非贯通结构面展布方案下岩体试样的贯通强度和峰值强度,并引入贯通系数定量描述贯通强度与峰值强度的比值变化,研究了岩桥倾角、结构面摩擦系数、围压、连通率和结构面倾角对贯通系数的影响,定量分析了贯通强度与上述五个影响因素及峰值强度之间的函数关系,给出了含非贯通结构面岩体的岩桥贯通准则。该准则能够判断出两非贯通结构面是否应该连通,基于该准则建立的岩体结构面三维网络模型能够搜索因岩体内部结构面扩展贯通而滑移的关键块体。基于可变模糊集理论,提出了基于岩体结构面特征的优势组划分方法。与传统的优势组划分方法相比,该法不仅可以考虑到岩体结构面产状信息对分组结果的影响,还可以考虑到岩体结构面力学特征以及分组指标权重对分组结果的影响。同时,该法还能够预测出每组结构面的力学参数,有效的降低了块体稳定性分析结构面力学参数选取的难度。基于上述的研究成果,提出成果应用的具体算法流程,并采用VC++软件编程,实现了岩体结构面特征的等级划分、岩体结构面力学参数的预测、岩体非贯通结构面的识别、岩体非贯通结构面的判定和基于岩体结构面特征的优势组划分5个功能,为真实表征结构面的空间分布奠定了良好的基础。
[Abstract]:Three-dimensional network simulation of rock mass structural plane is an important content of block theory and also an important subject of rock mechanics research. However, the former method of predominance group is used to group the rock mass structural plane, and the three-dimensional network model of structural plane is established. The characteristics of rock mass structural plane and the influence of grouping index weight on the grouping result are not taken into account, and there is also a lack of a quantitative index to evaluate the characteristics of rock mass structural joint. The model established by the existing 3D network simulation technology can not search for the key blocks that slip due to the expansion of the non-perforated structural plane in the rock mass. In order to further improve the three-dimensional network simulation technology of the rock mass structure plane, To make the spatial distribution of the structure surface more realistic, this paper has carried out related research, the main research contents and conclusions are as follows: based on the principle of analytic hierarchy process (AHP), The weight distribution and comprehensive evaluation of the eight factors affecting the characteristics of rock mass structural plane are carried out. The CSPC value of the quantitative index of rock mass structural plane characteristic is introduced to establish the evaluation system of rock mass structural plane feature. According to the CSPC value, the class of the rock mass structural plane and the corresponding mechanical parameters of the rock mass structural plane are well divided in the system. A new classification method of the rock mass structural plane characteristic-CSPC method is proposed, which can not only calculate the CSPC value of the rock mass structural plane. It lays a foundation for the division of dominant groups based on the features of rock mass structural planes, and can also determine the grade of rock mass structural planes. As well as semi-quantitative prediction of mechanical parameters of structural plane. The penetrating strength is taken as a measure index to judge whether rock bridge with non-perforated structural plane is through or not. Numerical simulation was used to calculate the through-through strength and peak strength of rock mass samples under 175 different schemes of non-transfixion structural plane distribution, and the ratio of the through-through strength to the peak strength was described quantitatively by introducing the transfixion coefficient. The influence of inclination angle of rock bridge, friction coefficient of structure plane, confining pressure, connectivity ratio and inclination angle of structure plane on the transfixion coefficient is studied. The functional relationship between the penetration strength and the above five influencing factors and the peak strength is quantitatively analyzed. In this paper, a rock bridge connecting criterion with rock mass with non-transfixion structural plane is given, which can determine whether two non-transfixion structural planes should be connected. The three-dimensional network model of rock mass structure plane based on this criterion can search the key blocks which are caused by the expansion of the internal structural plane of rock mass, and based on the theory of variable fuzzy set, Compared with the traditional dominant group partition method, the method can not only take into account the influence of the occurrence information of the rock mass structure plane on the grouping results, but also can be applied to the classification of rock mass. It can also take into account the mechanical characteristics of rock structural joints and the influence of the weight of the grouping indexes on the results of the grouping. At the same time, the method can also predict the mechanical parameters of each group of structural planes. It can effectively reduce the difficulty of selecting the mechanical parameters of structural plane in block stability analysis. Based on the above research results, the specific algorithm flow of the application of the results is put forward, and the classification of the characteristics of rock mass structural plane is realized by using VC software. The prediction of mechanical parameters of rock mass structural plane, the recognition of rock mass non-through-through structural plane, the judgment of rock mass non-penetrating structural plane and the division of five functions based on the dominant group of rock mass structural joint characteristics are presented. It lays a good foundation for the real representation of the spatial distribution of the structural plane.
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TU45
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本文编号:1625152
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