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岩体节理三维网络模拟优化及在甘肃北山芨芨槽岩块的应用研究

作　者: 梅涛
导　师: 杨春和
学　校: 中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）
专　业: 岩土工程
关键词: 岩体节理节理三维网络模拟高放废物芨芨槽岩块圆形窗口法岩体结构均质区模糊聚类分析节理直径节理密集带 REV 节理间距节理面密度节理体密度
分类号: TU452
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
下　载: 331次
引　用: 6次
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内容摘要

在岩体工程地质条件调查分析的基础上,对岩体所赋存的结构条件进行有效的描述和定量化分析,是进行岩体力学特性、岩体水力学特性及岩体工程性质判断的有效途径。本论文以中国高放废物处置库甘肃北山预选区芨芨槽岩块场址评价为背景,在系统地回顾岩体节理三维网络模拟技术和基于岩体节理三维模拟应用研究的已有成果和研究现状后,按照岩体节理调查-节理分析-节理三维网络模拟的研究思路,深入研究了岩体节理三维网络模拟技术和芨芨槽岩块岩体节理和场地特征。通过芨芨槽岩块岩体露头节理调查和钻孔岩芯编录获得大量的节理数据。本文以岩体节理数据为对象,分析了岩体节理几何特征,完善和优化了岩体节理三维网络模拟技术,论文主要研究内容包括:(1)圆形窗口法研究。圆形窗口法是估算节理迹长平均值和节理面密度值的有效方法。本文通过Monte Carlo法模拟节理采样过程,进行了圆形窗口取样大小和取样位置的研究,分析了采样过程中矩形窗口宽度与节理迹长平均值的相互关系,对圆形窗口法计算及节理采样提出了有益的建议。(2)岩体结构均质区划分。以地质力学为基础,利用构造断裂周围露头节理迹长平均值和节理面密度值的变化划分芨芨槽岩块岩体结构均质区。(3)节理产状优势组划分。运用改进模糊聚类方法代替传统方法进行节理优势组划分及确定产状优势方位,计算过程的程序化使得应用该方法分析大量产状数据时十分便利;所有的节理数据参与分组,计算结果更全面、更合理;通过隶属度值的修正,降低了孤立点节理产状数据对聚类结果的影响,使得优势组方位更为明显。(4)节理大小的研究。以Monte Carlo法模拟节理采样过程,假设全体节理迹长负指数和对数正态分布,分析了包容性节理迹长分布与全体节理迹长分布相互关系;以圆盘节理空间几何分布为基础,不假定节理直径的可能分布,提出一种新的数值方法估算节理直径分布。(5)节理密度研究。以近似水平露头节理分布为对象,通过不同阈值RQD值分析了岩体各向异性;提出一种新方法,在钻孔节理分布图上不同位置布置不同特征尺度测线,统计各测线的节理线密度,通过钻孔节理线密度变化估算岩体REV大小;通过节理间距的统计分析以及节理间距分布的研究,分析了岩体特征以及节理密集带形成过程;根据钻孔节理分布,分析了缓倾角原生节理形成机理及其特征;采用加权平均值方法估算岩体各优势组节理面密度;利用空间几何方法推导节理体密度大小计算公式,估算岩体各优势组节理体密度值。(6)岩体节理三维网络可视化实现。通过随机性构造节理和确定性原生节理模拟,实现了岩体节理三维网络可视化。本文完善和优化了岩体节理三维网络技术,建立了岩体节理三维网络模型,为以后的岩石质量评价、场地评价,以及核素迁移和洞室稳定性计算提供基础性数据和平台,具有重要意义。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
第一章绪论  13-23
  1.1 选题的目的和意义  13-15
  1.2 国内外研究现状  15-20
    1.2.1 岩体节理三维网络模拟技术的研究  15-18
    1.2.2 基于岩体三维节理网络模拟的应用研究  18-19
    1.2.3 存在主要问题  19-20
  1.3 论文研究思路、研究内容和创新点  20-23
    1.3.1 论文研究思路  20-21
    1.3.2 论文研究内容  21-22
    1.3.3 论文创新点  22-23
第二章岩体节理模拟数据准备  23-34
  2.1 引言  23
  2.2 地表露头节理测量  23-25
    2.2.1 地表露头节理测量原则  23-24
    2.2.2 地表露头节理测量方法  24-25
  2.3 地表露头节理实测  25-30
    2.3.1 课题由来  25-26
    2.3.2 芨芨槽岩块的区域概况  26-29
    2.3.3 节理实测工作量  29-30
  2.4 钻孔裂隙编录  30-33
    2.4.1 岩芯裂隙编录  30
    2.4.2 钻孔超声波图像  30-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章岩体结构均质区划分  34-52
  3.1 引言  34
  3.2 节理迹长平均值和节理面密度估算  34-46
    3.2.1 圆形窗口法原理  35-36
    3.2.2 圆形窗口法计算程序实现  36
    3.2.3 圆形窗口取样大小和位置研究  36-43
    3.2.4 矩形窗口采样大小研究  43-46
  3.3 芨芨槽岩块岩体结构均质区划分  46-51
    3.3.1 芨芨槽岩块岩体结构均质区定性划分  46-47
    3.3.2 芨芨槽岩块岩体结构均质区定量划分  47-51
  3.4 本章小结  51-52
第四章节理产状分布及演化研究  52-78
  4.1 节理产状优势组划分研究意义及方法  52-55
    4.1.1 节理优势组划分的意义和原则  52
    4.1.2 节理优势组划分的研究方法  52-55
  4.2 节理产状优势组划分模糊聚类分析  55-59
    4.2.1 模糊聚类方法  55-56
    4.2.2 节理产状空间距离确定  56-57
    4.2.3 加权指数选择  57
    4.2.4 模糊聚类有效性度量  57-58
    4.2.5 模糊聚类算法改进  58-59
  4.3 改进模糊聚类算法在节理优势组划分中的应用  59-63
  4.4 芨芨槽岩块节理产状概率分布  63-67
  4.5 芨芨槽岩块节理构造成因分析  67-77
    4.5.1 基本地质特征  68-69
    4.5.2 构造行迹及构造演化  69-73
    4.5.3 岩体节理的构造演化  73-77
  4.6 本章小结  77-78
第五章节理迹长及大小分布研究  78-101
  5.1 节理迹长分布研究  78-92
    5.1.1 节理迹长估计模型  78-79
    5.1.2 节理迹长分布研究  79-92
  5.2 节理大小估算新方法研究  92-98
    5.2.1 节理迹长与圆盘节理直径的几何关系  92-93
    5.2.2 数值方法确定圆盘节理直径分布  93-95
    5.2.3 数值方法验证  95-98
  5.3 芨芨槽岩块节理大小确定  98-100
  5.4 本章小结  100-101
第六章节理密度研究  101-122
  6.1 节理线密度研究  101-116
    6.1.1 RQD在岩体各向异性中的应用  101-104
    6.1.2 钻孔节理线密度估算岩体REV大小  104-108
    6.1.3 节理间距统计与分析  108-114
    6.1.4 缓倾角原生节理分析  114-116
  6.2 节理面密度研究  116-118
  6.3 节理体密度研究  118-120
  6.4 本章小结  120-122
第七章随机性与确定性岩体节理三维网络模拟  122-131
  7.1 随机性与确定性节理模拟  122-124
  7.2 Monte Carlo法随机数生成  124-127
    7.2.1 伪随机数的生成方法  124-125
    7.2.2 常用概率分布随机数产生  125-127
  7.3 岩体节理三维网络模拟实现  127-130
  7.4 本章小结  130-131
第八章结论与展望  131-135
  8.1 结论  131-133
  8.2 展望  133-135
参考文献  135-140
在读期间发表的论文  140-141
致谢  141

岩体节理三维网络模拟优化及在甘肃北山芨芨槽岩块的应用研究

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