马吉水电站坝址区右岸岩体不同尺度表征单元体及几何特征研究

发布时间：2020-07-13 03:24

【摘要】：岩体中发育着大量的不连续面并多以随机展布的形式存在着,由于不连续面的存在使得岩体的力学、几何及水力学性质变得越来越复杂,且影响着岩体的变形与稳定。也就是说岩体具有着不连续性、不均匀性及各向异性的特征。马吉水电站坝址区位于青藏高原东南部,该段河谷地形陡峭,新构造运动强烈,地质构造复杂,节理、裂隙发育,工程地质条件复杂。坝址区岩体以混合花岗岩与混合片麻岩为主,经过多期构造运动,岩石强度较高,质地较为坚硬。因此,分析、研究清楚坝址区裂隙岩体结构特性,对于大坝与地下厂房设计、岩体结构稳定性分析以及工程建设投资等具有重大的意义。本论文是根据对马吉水电站坝址区右岸野外岩体露头、钻孔与平洞内节理、裂隙数据信息的调查与采集,获得坝址区的地形地貌、地质构造、地层岩性、风化程度以及各勘探平洞内节理、裂隙起始端点的相对坐标、迹长、产状与迹线类型等信息,并依据平洞内岩体结构特征、裂隙产状、迹线长度等参数利用改进的Miller方法对平硐内的岩体结构进行统计均质区划分。随后,以每个均质区内的裂隙岩体为研究对象,依据各裂隙组产状分布特征、圆盘直径分布特征、裂隙圆盘中心点的分布规律及裂隙密度等特征,利用Monte-Carlo方法与Baecher圆盘模型理论建立了坝址区内不同地质单元的三维裂隙网络模型。该文章以基于概率统计理论的三维裂隙网络模拟技术为基础,以马吉水电站坝址区右岸裂隙岩体为研究对象,从不同角度出发对不同尺度的裂隙岩体表征单元体的评价方法、尺寸计算及其相互关系进行了研究,并对广义岩块尺度表征体的各向异性以及几何形态等特征进行了讨论,最后,依据不同尺度表征单元体的特征建立了马吉水电站右岸坝肩岩体的等效结构岩体模型。主要研究内容如下:1.工程岩体尺度表征单元体的研究本文是以坝址区右岸的四个勘探平硐为研究对象,在Miller方法的基础上同时考虑产状与迹长这两个几何参数,利用似然比检验方法分别对不同平硐间的岩体结构统计均质区与相同性质的不同硐段间的相似边界范围进行讨论,最终确定了马吉水电站右岸裂隙岩体统计均质区的划分原则及工程岩体尺度表征单元体尺寸;2.广义岩块尺度表征单元体的研究广义岩块尺度表征单元体即是我们通常所说的岩体表征单元体(REV),本文利用现场调查数据建立坝址区右岸岩体的三维裂隙网络模型,在模型中随机选取100个计算区域,基于各计算区域所获得的体积裂隙强度(P_(32))指标的分布特点,利用能够同时考虑各样本间的统计相似性的多样本的Jonckheere-Terpstra检验方法,分析了坝址区右岸裂隙岩体的尺寸效应,并确定工程岩体内各结构单元的广义岩块尺度表征单元体尺寸;3.不同尺度表征体的差异性分析基于工程岩体尺度表征体与广义岩块尺度表征体的研究,发现两种尺度的表征体在某种条件下具有一定的相近之处,又有所区别。本文分别对两种尺度的表征体的评价方法、存在条件及相互关系进行了分析与讨论,并研究了这两种表征体的尺寸效应。结果表明,工程岩体尺度表征体是相似岩体结构的最大值,而广义岩块尺度表征体(REV)则是相似岩体结构的最小值;4.REV的各向异性特征研究本文以三维裂隙网络模型为基础,采用体积裂隙强度指标(P_(32))及非参数统计检验方法分析了不同倾向、倾角取样方向上的REV特性,证明了裂隙岩体广义岩块尺度表征单元体的各向异性特征的存在,讨论了裂隙组组数与REV的各向异性特征的关系:随着裂隙组数量的增加,REV的各向异性特征越明显。5.REV几何形状的研究本文采用分单个裂隙组的方法对裂隙岩体广义岩块尺度表征单元体的几何形状特征进行了研究。依据REV的概念,通过理论计算获得每个裂隙组在任意取样方向上的REV的分布规律,提出利用裂隙组中最大的REV来代表该裂隙组的REV,依据叠加原理将各个裂隙组的立方体(REV)进行空间组合,从而获得整个岩体的REV,因此,整个岩体REV的几何形状是一个与裂隙组产状有关的、复杂的、不规则的几何体。6.本文提出了一种计算广义岩块尺度表征单元体的方法。依据各裂隙组的取样方向及计算参数确定每个节理组的REV尺寸及存在方向,基于立方体(REV)重心利用叠加原理组合各立方体,所获得的这个不规则的几何体即为这个结构地质单元的裂隙岩体广义岩块尺度表征单元体。7.依据多尺度表征单元体的特征建立马吉水电站右岸坝肩岩体的等效结构岩体模型,并利用有限元软件分析坝肩岩体边坡的应力场、位移场的分布特征。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV223.1

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