岩体结构特征与结构面网络模拟
【国家自然科学基金】_结构面网络模拟_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
科研热词 推荐指数 岩石力学 3 数值模拟 2 试验验证 1 裂隙 1 节理岩体 1 结构面分离 1 结构面三维网络模拟法 1 结构面 1 线频率 1 算法精度 1 等效岩体随机节理三维网络模型 1 等效岩体技术 1 空间模型 1 稳定性 1 离层 1 正交试验 1 概率统计 1 数字摄像测量 1 敏感性分析 1 巷道 1 岩石质量指标 1 岩体完整性 1 层状岩体 1 多节理本构模型 1 块体失稳 1 合成岩体模型 1 体积频率 1 体积rqd法 1 三维结构面网络模拟 1 rfpa2d 1 monte carlo随机模拟 1 geosma-3d 1
推荐指数 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
2011年 科研热词 网络模拟 离散元 破碎岩体 水电工程 曲面块体 数值分析 巷道 岩石力学 岩体结构面 岩体结构 地下洞室 各向异性强度准则 变形破坏特征 分维数 分布模型 二维结构面网络 三维精细模型 rankine准则 mohr-coulomb准则 推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
科研热词 结构面网络模拟 岩石力学 随机 连通裂隙 连通水力网络 裂隙密度 节理岩体 渗透系数 有限元网格 数值模拟 岩体参数 尺寸效应 块体理论 块体切割 后处理 信息维数 三维空问块体 monte carlo模拟
超高拱坝前期勘察工作中的几点体会
水利水电工程设计DWRHE·2020年第39卷第4期超高拱坝前期勘察工作中的几点体会徐建闽摘要结合新疆某高拱坝项目前期地勘工作的经验和教训，总结、归纳了超高拱坝前期地勘工作布置，尤其是平洞布置与岩体试验工作安排需注重的要点，对坝基岩体质量分级、大坝建基面选择、坝基（肩）抗滑稳定分析、坝基防渗控制、边坡稳定分析等高拱坝主要工程地质问题的分析、论证，提出了分析研究的重点方向和基本思路。
关键词平洞开挖岩体试验岩体质量分级抗滑稳定边坡稳定防渗控制中图分类号TV221文献标识码B文章编号1007-6980（2020）04-0040-03新疆某工程拟采用拱坝方案，其最大坝高240m。
作为坝高在150m以上超高拱坝，要求前期地勘工作全面、详实，主要的工程地质问题与评价，将直接影响坝型、坝址选定，对工程建设周期和投资均有决定性的影响。
笔者组织并亲历了该项目从项建、可研、初设以及招（投）标等不同阶段的地勘工作，回顾以往，经验与教训并存，现采撷点滴，供诸位同行参考，不当或偏颇之处，敬请批评指正。
1前期地勘工作布置对于坝高在150m以上的超高拱坝，除严格执行相关规范中的要求与规定以外，在前期地勘工作布置与策划中，以下几方面值得重视。
1.1平洞开挖与布置平洞开挖对于拱坝前期地勘工作的重要性不言而喻，一定数量的平洞开挖是分析和论证拱坝坝基岩体质量与建基面选择、拱座抗力体抗滑稳定性分析、坝址区边坡稳定性分析等关键技术问题的必要保障。
高拱坝两岸坝肩应采用以洞探为主、钻探为辅的方法，坝肩每隔30~50m高差应布置一层平洞。
坝高150m以上的高拱坝坝址平洞深度不宜小于200m。
抗力体部位应布置专门勘探工程。
此外，单就一个坝址或坝线而言，顺河方向也应在两岸拱肩槽以及下游抗力体部位布设3~4条纵向勘探剖面，其间距同样为30~50m。
1.2岩石（体）试验试验成果应代表工程岩体分级中的某一级（类）岩体，使其具有可推广性；又必须指征工程建筑物的关键部位，其试验成果能够满足设计计算的要求。
中国地质大学高等岩体力学结构面三维网络模拟结课论文
1 国内外研究现状
Dershowitz 详细总结了岩体结构面的各种几何模型。Irmay 等人提出的正交结构面模型 是最早的岩体结构面几何模型，后来 Schwartz 也曾在工程实践中运用过此模型，但由于对 结构面产状的限制， 很难描述天然岩体的复杂结构面系统。 结构面形态可能随岩体类型和结 构多种多样，国内外学者对结构面形态没有定论。Baecher 提出的圆盘几何模型是迄今为止 最具有代表性的结构面几何模型，自此以后，许多有关结构面网络模拟技术均以 Baecher 圆 盘模型为基础。Dershowitz 等人改进了 Baecher 圆盘模型，把结构面形态由圆盘扩展为等边 或非等边的多边形。 Dershowitz 等人还引入了分形理论研究岩体结构面网络模型，如 Levy-Lee 分形模型。 Robertson 分析了南非的比尔矿 9000 条结构面迹长， 得出结构面走向和 倾向方向迹长具有相同得分布特征， 表明结构面大小在二维方向上是相等的， 结构面面可能 为圆盘形状，Zhang 和 Einstein 也在文献中做出了相同的判断。 岩体结构均质区划分是岩体结构面网络模拟研究中的重要内容， 旨在找出相似结构岩体 边界。1983 年，Miller 在数学地质上发表的论文中提出，采用概率论中的关联表和 Schmidt 等面积投影网结合的办法， 成功的用结构面产状进行了岩体结构均质区划分。 实际应用中用 等面积投影来判定岩体结构均质区很困难，Kulatilake P. H. S.W.等人运用修正的 Miller 的方 法对三峡工程永久船闸附近隧道进行岩体结构均质区划分， 取得很好效果； 后来 Kulatilake P. H. S. W. 等人又引入分形理论对结构均质区划分进行研究。 范留明等人根据结构面发育的主 要特点以及工程实际需要， 提出了一种基于结构面密度的岩体结构均质区划分方法， 即密度 分区方法，并应用于西南某大型水电站工程中，证明了该方法的可行性。 结构面几何特征,如结构面产状、结构面大小、结构面间距和结构面密度的研究和分析 是岩体结构面三维网络模拟的重要内容。结构面产状反映了结构面空间方位,产状在空间方 位可由倾向和倾角来定义。 1941 年美国麻省理工学院的 Arnold 在其博士论文“球面上可能的 分布”里提出了产状球状分布特点。后来，1964 年 Bingham 在博士论文“球面及投影平面上 的分布”提出了著名的 Bingham 分布，认为产状数据是关于其平均矢量的椭圆对称分布的理 论。与 Bingham 不同，Fisher 分布表明产状数据在半球分布中关于其平均矢量的圆对称分 布，和 Bingham 分布一样，他们都采用了 χ2 检验法作为判断准则。以往在估计结构面产状
三维岩体裂隙网络模拟研究及应用
裂隙统 计分析 的方法很 多 ， 有玫瑰花图法、 直
方 图法 、 点图法和等密度 图法等。本次研究中， 极
首先 由走 向玫瑰 图、倾 向和倾角分布的直方 图对 裂 隙的产状分布特征分别进行 了分析 ，然后结合
裂 隙等密度 图分析得出了结构面优势产状。
・
４ ・ ９
【 要】 摘 为合理评 价 某水库库岸岩体 结构特征 及工程 整治提供依 据 ，对 区内岩体进行 了裂 隙
调 查 及 三 维 网 络 模 拟 研 究 。 研 究基 于 Ｍｏ ｔ— ａ ｏ 拟 方 法 ， 走 向玫 瑰 图 、 向 和 倾 角分 布 ｎｅ Ｃ ｒ 模 ｌ 由 倾
的 直方 图对裂 隙的产状 分布特征分 别进行 了分析 ，结合 裂隙等 密度 图分析 得 出了结构面优 势 产状 、用直接 法产生 随机 数并利 用计算机模 拟得 出符合 实际 的三 维裂 隙网络 图。 引入 广义计 算， 讨论 了值 的 变化 可能影 响库岸岩体在 不 同方向的稳 定性 。
２３ 裂 隙几 何 参 数分 析 统 计 ．
某 库 段 位 于 兴 山县 中部 偏 南 的 香 溪 河 谷 ， 为 兴 山县 原 县 城 所 在 地 。 区域 上 位 于大 巴 山 与秭 归
盆地过渡地带 ， 属于构造剥蚀 中低 山区， 山高坡陡 ，
相对高差 ８０ １ ０ ０～ ０ｍ。研究 区内地层出露齐全 ， ０ 从古元界至新生界均有 出露 ，该地 区分布地层有 三叠系 ， 罗系及第四系。区域地 质构造上高阳镇 侏 处于 ３ 个构造单元的交接部位 ，区内地质构造 复
之间和 １０～ ４ ￣ ９￣ ２０ 之间 ； 倾角 大多为 陡倾 ， 一般 在
４ ￣８ ￣ 间 。 ５～ ０之
基于三维结构面网络模拟的岩体变形模量确定方法
基于三维结构面网络模拟的岩体变形模量确定方法王昌硕;梁烨;王亮清;沈龙【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2016(044)003【摘要】变形模量作为表征岩体变形特征的重要参数，是岩体工程设计的基础力学参数之一。
在综合前人研究的基础上提出了基于三维结构面网络模拟确定岩体变形模量的方法，编制了三维结构面网络模拟及计算 RQD 值的程序。
以西南山区某水电站坝址区岩体为实例，在概率统计各组优势结构面几何要素分布形式的基础上，采用Monte Carlo法生成三维结构面网络模型，据此获得岩体三维RQD值，利用RMR法进行质量评价和变形模量的确定，并与钻孔资料统计法和原位试验结果进行对比分析。
结果表明：基于钻孔资料统计的估算结果与原位试验相对误差达31.62%，且其估算值偏低；基于三维结构面网络模拟的估算结果与原位试验相对误差仅为2.56%，估算结果精度较高。
该方法考虑了岩体质量的空间各向异性，对岩体的质量评价和参数确定更为合理，研究成果为该工程的优化设计提供了合理的计算参数。
【总页数】6页(P97-102)【作者】王昌硕;梁烨;王亮清;沈龙【作者单位】中国地质大学武汉工程学院，湖北武汉 430074;中国地质大学武汉工程学院，湖北武汉 430074;中国地质大学武汉工程学院，湖北武汉 430074;国核电力规划设计研究院，北京 100095【正文语种】中文【中图分类】P642.3【相关文献】1.固结灌浆后岩体变形模量的确定方法——以高摩赞大坝枢纽工程为例 [J], 陈书文;许仙娥2.水电工程岩体变形模量的确定方法 [J], 杨贤;张晓凤3.三维结构面网络模拟在岩体变形特性中的应用 [J], 朱文彬4.层状岩体变形模量参数全过程确定方法研究 [J], 赵顺利;杜卫长;朱永和5.基于三维结构面网络模拟的某磷矿边坡岩体质量评价 [J], 李再扬;王鸿;甄明秀;李骏雄;何旭因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
4.3结构面迹线测试及其网络模拟
4.3.结构面迹线测试方法结构面迹线长是描述结构面延伸程度、分布规模的重要参数，也是岩体工程稳定性分析的重要参数之一。
由于各类结构面迹线往往是随机分布的，通常的做法是，通过抽样测试和统计分析，确定其分布模型和特征参数，再模拟出工程开挖面的迹线分布网络，可为岩体工程的选址、开挖、支护和稳定性分析提供重要依据。
目前国内外常用的迹线抽样测试方法有测线法和统计窗法。
下面分别介绍这两种方法任期统计分析结果。
4.3.1. 测线法(Prist 1981)在岩体临空面上(工程围岩表面、岩体露头等)布置测线(取样线)，逐条量测那些与测线相交的迹线长度和产状。
由于抽样测试面的限制，测出的可能是全迹线长度，也可能是半迹线的长度，还可能是未见迹线两端点的部分迹线长度，如图4.7所示。
为便于统计分析，首先明确各各迹线的定义及其测取范围。
即：图4.7 结构面迹线的测线测试法(1)结构面迹线长度l ：结构面与临空而交线的实际长度．即那些两端点均位于临空面内的迹线长度；(2)平均迹线长度l ：同一组结构面实际迹线长度的平均值；(3)结构面迹线端点：迹线的消失或中止点；(4)迹线端点密度μ：平均迹线长度的倒数，1lμ=； (5)半迹线长度h l ：测线与迹线交点至迹线一端点的距离；(6)删截半迹线长度x l ：测线与迹线交点至删截线与迹线交点之间的距离。
其中，删截线为在测试面上与测线平行的辅线。
通过统计分析得到各种类迹线平均长度与迹线长度期望值的关系，由测到的平均值就可以由下列公式估计样本所在区域迹线的平均值。
迹线长度倒数样本均值μ和方差σ与测试平均值g μ的关系：21g μσμμ=+ （4.8）删截半迹线长度倒数测试平均值1xl 与迹线长度（倒数）样本均值μ和方差σ的关系： 1ln()x n r l nμ-=- （当迹线长度为负指数分布时） （4.9）x μ= （当迹线长度为正态分布时） （4.10）式中，n 和r 分别为半迹线长度和删截半迹线长度的样本数。
基于Monte-Carlo方法的三维裂隙网络模拟
基于Monte-Carlo方法的三维裂隙网络模拟摘要:目前,人们研究裂隙岩体中流动和溶质运移时越来越多的采用离散介质方法,因此需建立离散裂隙网络。
由于裂隙的分布具有不确定性和交叉性,目前无法用确定性的研究方法进行研究。
文章用概率论与统计学的方法分析裂隙的分布及组合特征,利用Monte-Carlo方法进行三维裂隙网络随机模拟,建立了三维裂隙网络的随机模拟模型。
该研究可为进一步分析裂隙网络的连通性和渗透张量分布提供依据。
关键词:离散裂隙网络;概率统计;Monte-Carlo;三维裂隙网络目前裂隙岩体中流动和运移模拟方法可分为三类:①把岩体看作等效连续介质体,建立等效连续介质渗流数学模型;②不考虑岩块中的渗流,而把裂隙作为非连续网络处理,建立裂隙网络非连续介质渗流数学模型,即离散裂隙网络方法;③考虑岩体内裂隙导水,岩块储水而建立的岩体双重介质渗流数学模型。
其中,连续介质模型运用最为成熟,但这种方法因把裂隙空间平均到渗流单元体上,不能很好地刻画裂隙的特殊导水作用,在实际工程中,当岩体的裂隙分布比较稀疏,且岩体中的渗流主要取决于大的裂隙时,运用连续介质方法处理岩体渗流问题则容易引起大的误差。
离散裂隙网络模型最能反映裂隙发育的规律及裂隙水渗流的规律,但是受目前测量手段和计算量的限制,不可能把大范围的研究区内的每一条裂隙都测出来,目前大多只应用于小范围研究。
现阶段,我国主要用的是广义双重介质模型,即对主干裂隙采用离散裂隙网络模型,对于次要裂隙采用连续介质模型。
双重介质模型,结合了上述两种模型的优点。
国外更多的是研究非饱和带裂隙中水的流动和溶质运移,主要与废物处置、油气运移有关,且研究尺度小,研究精度高,一般采用离散裂隙网络模型或双重介质模型。
但是无论是离散裂隙网络模型还是双重介质模型,离散裂隙网络的构建是其基础。
1离散裂隙网络的构建离散裂隙网络方法的前提假设为:提供流体流动的路径的裂隙网络的几何参数(包括位置,形状,方位,尺度和每条裂隙的水力传导系数等)能够用数学描述。
岩体结构面二维网络模拟的计算机辅助技术研究
算机上所能容纳 的最大奇数 ， 般有 Ａ ＝５ ， 一 ’ 则
它的周期为 ２ 。 试验表明， 在计算机上采用乘同余法是适宜的 ，
构面产状以及模拟剖面的方向及其相互关系。 （ ）每一组结构 面迹线 的长度， ３ 假定 服从于下
理论， 电子计算机研究 随机变量 的数值模拟方 由迭代过程来实现的。迭代公式可写成数论中的同 利用 法。它实际上是抽样统计的逆过程 引。 余式 ， 故称 同余法。 目前 ， 为常用的是乘 同余法。 最
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采
矿
技
术
乘同余法首先 由 Ｌｈ ｅ 提出， ｃｍ ｒ 迭代公式为 ：
了 岩体优 势结构面参数 ， 并分析 了岩体的稳定性 ， 所得结论与现场实际情况基本相符合 。 关键词 ： 岩体结构 面； ｏｔ — ａ ｏ 网络模拟； Ｍ ｎ Ｃｒ ； ｅ ｌ 节理统计
通过工程实践 ， 岩体结构已经成为地质工程界、 岩石力学界一个重要的研究课题 ， 特别是 １５ ９０年代 末、 ６ １ ０年代初 ， ９ 法国 ６ ０ｍ高的 Ｍ ｐｓ 薄拱坝和 ｌ ｅ ａ ｓｔ
Ｍ ｎ — ａ 是一种通过 随机变量 的随机模拟 ｏｔ Ｃ ｌ ｅ ｒ 和统计试验 ， 反推 实际问题 的近似解 的方法 。它 来
首先要求建立随机 变量 的统计概 率模 型 ， 模拟产生 与这个概率模型相似或平行 的随机数 ， 通过抽样统 计求得服从这个分布规律的统计 估算 值 ， 作为分析 问题的数值近似解 。
岩 体 结 构 面 二 维 网 络 模 拟 的 计 算 机 辅 助 技 术 研 究
尹彦波‘ 李爱兵 袁 节平 刘国文２ ， ， ，
（． １长沙矿 山研究院 ， 湖南 长沙 ４０ １ ；． １０ ２２ 湖南柿竹园有色
岩体结构面面密度的数字化统计方法及其应用
岩体结构面面密度的数字化统计方法及其应用郑健;章杨松;李晓昭;石杏喜【摘要】岩体结构面密度是结构面三维网络模拟的基本参数,一般是在现场通过测窗法人工记录、统计计算得到,效率较低,易出错.为此,提出了一种可以由计算机完成结构面面密度统计估算的数字化方法.该方法主要包括三个步骤:建立结构面迹线及露头面三维数字模型(简称迹线三维模型);自动布置数字化矩形及圆形测窗;基于数字化测窗自动计算结构面面密度.将其应用于甘肃北山调查区域,验证了Mauldon 估算理论的准确性,发现以双参数负指数分布函数拟合面密度分布一般具有良好的效果.实践证明,该数字化统计方法可高效准确地完成大量结构面面密度的统计工作,有很好的应用前景.【期刊名称】《水文地质工程地质》【年(卷),期】2015(042)006【总页数】6页(P80-85)【关键词】结构面面密度;迹线三维模型;数字化测窗;自动化统计与估算;双参数负指数分布【作者】郑健;章杨松;李晓昭;石杏喜【作者单位】南京理工大学土木工程系,江苏南京210094;南京理工大学土木工程系,江苏南京210094;南京大学地球科学与工程学院,江苏南京210093;南京理工大学土木工程系,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TU457岩体结构面是控制岩体强弱和稳定的主要因素，在工程和理论研究中对岩体结构面进行统计和分析尤为重要。
岩体结构面密度可表征结构面分布特征，是其三维网络模拟的基本参数。
结构面密度在不同空间维度上，有不同定义方式，一般分为线密度、面密度、体密度［1］，其间在一定条件下可相互转换［2］。
其中，面密度定义为单位面积岩体内所包含结构面迹线中点数，或定义为单位面积内所有结构面长度之和［3］，本文面密度采用第一种定义。
传统的获取结构面信息的方法包括测线法及测窗法，其测量及记录依靠人工进行。
近年来，应用三维激光扫描技术及近景摄影测量技术获取结构面信息的研究也得到了发展［4～7］。
露天矿节理岩质边坡稳定性分析
露天矿节理岩质边坡稳定性分析王家臣;陈冲【摘要】According to the structure characteristics of the joint rock mass of the east slope of Gongchangling open iron ore mine,using the 3 dimensional rock non-contact measurement system (3GSM),the investigation and statistical analysis of surface structure are performed.Detailed statistics data including surface structure tendency,inclination,joint trace length,and joints pitch are obtained.Based on Monte-Carlo stochastic simulation method,the three-dimensional network model of jointed rock mass is obtained by the structural network simulation software FracSim3D.The rock quality index RQD is obtained by drilling samples on the three-dimensional network model.Then the RMR index is evaluated combined with on-site point load test.The shear strength parameters of jointed rock mass are obtained by Hoek-Brown method.Jointed rock slope is modeled through the FISH language programming,and the stability of the slope using the discrete element software UDEC is performed.The results show that the slope is in a stable state,but the local wedge failure of rock mass occur in the upper areas of slope,which is controlled by the joints along slope direction.The phenomenon of block out also appears in dispersion zone.%针对弓长岭露天铁矿东帮节理岩体边坡的结构特征,使用3GSM三维岩体不接触测量系统,进行了结构面调查及统计分析,获取了结构面倾向、结构面倾角以及节理迹长、节理间距的详细统计数据.基于Monte-Carlo随机模拟方法,使用结构面网络模拟的软件FracSim3D,得到节理岩体的三维网络模型.在建立的三维网络模型基础上,采用钻孔取样方法获取节理岩体的岩体质量指标RQD,结合现场点荷载强度试验,进而获取RMR指标,基于Hoek-Brown经验方法得到节理岩体的抗剪强度参数.通过FISH 语言编程实现了对复杂节理岩体的精细建模,采用离散元软件UDEC对边坡进行稳定性分析.结果表明:边坡整体处于稳定状态,局部发生岩体变形,受顺倾结构面控制,边坡顶部岩体沿结构面产生楔体破坏,局部散体区域出现掉块现象.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2017(042)007【总页数】7页(P1643-1649)【关键词】节理岩体;边坡;三维网络模拟;稳定性分析【作者】王家臣;陈冲【作者单位】中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;放顶煤开采煤炭行业工程研究中心,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;放顶煤开采煤炭行业工程研究中心,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD854.6露天矿采场边坡由于开挖以及爆破震动等的影响导致边坡岩体节理裂隙发育，而节理会导致岩体强度降低，进而影响边坡的稳定性。
岩体力学第二章 岩块、结构面及岩体的地质特征
第二章 岩块和岩体的地质特征
二、岩块的结构、构造特征
胶结方式：是指胶结物与碎屑颗粒之间的联结 方式，胶结方式主要有： 基底式胶结－在岩石中胶结物的数量多，颗粒 与颗粒之间互不接触，颗粒散布在胶结物之中。 孔隙式胶结－当胶结物不多时，碎屑颗粒相互 接触，胶结物充填在颗粒之间的孔隙中。 接触式胶结－胶结物不多，只在颗粒之间的接 触处才有，颗粒之间的孔隙仍是空洞。
2 断续充填（不连续，厚度小于h）.结构面的力学性质与充 填物性质、壁岩性质及结构面的形态有关。 3 连续充填(连续,厚度大于h)结构面力学性质取决充填物性质。 4 厚层充填（充填物厚度远大于h）结构面的力学性质很差，主
要取决于充填物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。
五 密度
•结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 •1、线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长 度上交切结构面的条数(条／m)。 •2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相 邻结构面的平均距离。 Kd与d互为倒数关系 •如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角 为α ，结构面的倾角为β 时:
RQD 100e
0.1kd
(0.1k d 1)
岩体质量指标RQD：长度大于10cm的岩心
长度之和与钻孔总进尺的百分比。
长度大于 cm的岩心长度之和 10 RQD 100% 钻孔总进尺
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
六 张开度
结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。 结构面两壁面一般不是紧密接触，这就使结构面实际接触 面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。
Ⅲ级 指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好 的层面及层间错动等。控制工程岩体稳定
岩质边坡形态裂隙网络模拟系统的实现
【 摘要 】针 对 岩 体 结 构 特征 ， 结合 实 际勘 测 资料 ，根 据 结 构 面 网络模 拟 的 原理 以及 大型 构 造 面定
位 处理方法 ， 采用 Ｖ ＋计 算机语 言以及 图像库 Ｏ Ｅ Ｇ Ｃ＋ Ｐ ＮＬ编制成 了岩质边坡的结构 面网络模拟程序 ， 为进行岩质边坡稳 定性分析提供可视化的技 术平台。 【 关键词】岩质 边坡 ；仿真模拟；可视 化；程序
１概述
当前结构面 网络模拟技术得到了迅速发展，但每一种模型的假设都对结构面网络模拟的 精度产生一定的影响。就 目 前模拟水平而言完全考虑到结构面的各个因素的模拟还有很多技 术难题需要克服。一方面结构面 自身乃至岩体结构方面的很多研究还是没有完全清楚，如结 构面的具体形态等基本特征 ，许多问题有待于新方法进一步的研究；另一方面 ，如何把新的 研究内容和成果实际应用于岩体裂隙的模拟上也存在很多技术上的难题，如一些参数取值的
问题就可 以归结为对母体分布的确定。 常用的统计模型有 ： 正态分布模型、 威布尔分布模型、
对数正态分布模型、泊松分布模型等。
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２ ２蒙特卡罗原理 ．
在现实生活中，当人们研究一个系统或过程时，由于 问题的复杂性，所建立的数学模型
的模拟是通过建立能反映系统或过程本质的数学模型，然后运用数字计算机对这个过程进行
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２
工 程 地 质 计 算 机 应 用
边坡岩体结构面特征研究
图５不稳 定结 构 的赤平投 影 图４５ 结构 面组合 关 系赤平投 影 组
结构 面的统计分析 对 边坡 的 实 测 结 构 面 统 计 ，主 要 是 对 结 构 面 的 优 势 方 位 、平均方 向、间距 、迹长等进行 统计分析 ，通过作结构面 的玫瑰 花图 、 点密度图和频率密度直方 图 ， 极 从而获得岩体 结 构面 的优势方位和平均方 向。 对 边 坡 结 构 面 进 行 测 量 ， 后 根 据 现 场 测 量 所 得 的 不 连 然 续面各种参数的概率分布来推求服从这些分布规 律的其他结 构 面 的 参数 ， 根 据 有 限的 天然 露 头 或 人 工 开 挖 面 上 结 构 面 即 参数来 推求岩体 内部或更大范 围的不连续面参数分布 ， 实现
— —
・ ・ ・ 赫 繁 謦 毽 ｜ — ． 。
边坡岩体 结构面特征研 究
方 俊 彦
（ 北 工业 大 学 湖 北武 汉 湖 摘 ４２０ ） ３２ ０ 要 ：本文以清远—— 连州公路 为例 ， 究岩质 边坡 结构 面特征及其 组合 关 系对边坡 稳定性的影响 。 研 通过 实测该公路
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３
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（ 见表 １ 角较 陡 ， 中节理组 ３ ） 倾 其 为顺坡 向 ， 成为潜在的块体 滑动面 ，其平 均产 状服从正态 函数分布 。岩体存在 多组结构 面， 其产状和 密度可用玫瑰花节理 图和极 点密度图表示 ， 而 结构面的组合关 系及其 与边坡 岩体作用力之 间的关 系 ， 可用
２ ｊ 稳定结构边坡 ．不
整 ，局部 松弛 ， 危岩 、崩塌 、落石 ，局部坡 顶有残坡积层 ， 有 植被稀少 ，坡面产状为 ２ ０ ６ 。。该边坡 发育 ３组结构 ０。 ５ 面 ，数据参数 见表 １ ： ２ 结构面产状及其组合关 系分析 产 状 是 结 构 面 的 重 要 参 数 ，与 边坡 稳 定 性 关 系密 切 。除 了裂隙很密集的碎散 岩体 或节理不发育 、 岩性完 整这两种极 端情况外 ， 结构面所切割岩 体的破坏机制往往受结构 面产状 的组合与力作用方 向所控制 。在边坡岩体 内 ， 结构面倾 向坡 内 ，即反坡 向时构成块体 的切 割面；顺坡 向时 ，成 为块 体的 滑动面 。 １ １ ５ ０ Ｋ２ ３ ＋ ０ （ 边坡发 育的 ３ Ｋ２ ３ ＋ ６ 一 １２ ４ ０左） 组结 构面
基于MATLAB的岩体结构面三维模拟与表征单元体研究
基于MATLAB的岩体结构面三维模拟与表征单元体研究作者：李钰洁来源：《科技资讯》2015年第19期摘要：岩体中的结构面对岩体等效物理力学参数有重要影响，当岩体体积大于表征单元体体积（REV）时，岩体等效参数趋于稳定。
以新疆提依尔金矿为工程背景，使用Matlab软件，采用蒙特卡洛方法进行岩体结构面网络三维模拟，建立了与实际岩体具有相同统计特征的结构面三维模型；通过定义REV指标，综合确定岩体表征单元体为13m×13m×13m，约为最大节理迹长的3.7倍，为后续研究提供了基础数据。
关键词：Matlab 蒙特卡洛方法结构面三维模拟表征单元体中图分类号：TU452 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0093-02研究岩体工程问题前需要合理确定岩体的等效力学参数，然而由于岩体存在复杂的结构面（断层、节理、裂隙等），其物理力学性质表现出不均匀、不连续性。
分析大尺度岩体的力学行为时，应当注意一般情况下岩体的物理力学性质随岩体体积增大逐渐趋于稳定，即岩体存在表征单元体积（REV）。
目前通常可采用数值分析的方法确定岩体的等效力学参数，国内外不少学者对此进行了深入研究[1-2]。
使用数值分析方法确定岩体等效参数时，需要先明确岩体的REV尺度，只有当岩体模型体积大于岩体的REV时，才能保证数值分析法得到的力学参数与岩体实际的力学参数具有等效性。
岩体内结构面分布具有随机性，可用概率分布描述[3]。
该文以新疆提依尔金矿露天采场岩质边坡为工程背景，根据现场结构面测量数据统计分析所得的结构面产状概率分布及特征参数，利用Matlab软件，运用蒙特卡洛方法建立了与边坡岩体具有相同分布特征的结构面三维模型，然后以此为基础，研究了边坡岩体的REV大小，为后续边坡稳定性研究提供了依据。
1 岩体结构面三维模拟该文的研究对象为新疆提依尔金矿露天采场南部边坡岩体。
该部分边坡以凝灰岩为主，结构面发育，主要表现为节理，属于Ⅳ级结构面。
基于蒙特卡洛方法的深部岩体结构面模拟
基于蒙特卡洛方法的深部岩体结构面模拟李腾;张振花;石超;汪杰【摘要】岩体中广泛发育的结构面破坏了岩体的连续性、完整性,在很大程度上影响、控制着岩体的力学性质及稳定性,对岩体结构面几何特征进行大量的现场调查,并进行准确、有效地描述及定性和定量分析,对矿床开采具有重要意义.以焦家金矿为背景,利用Shape Metrix 3D,采用蒙特卡洛方法对焦家矿区深部岩体进行结构面模拟,得到焦家金矿岩体结构面迹长、倾向和倾角的概率分布,并得到结构面的优势产状分布规律:产状为150°～170°∠40° ～60°,平均值为168°∠51°;产状为230° ～250°∠30° ～50°,平均值为238° ∠44°.结果为后期岩石稳定性分级提供了有力的理论与工程依据.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】7页(P167-172,177)【关键词】岩体结构面;蒙特卡洛方法;Shape Metrix 3D;数值模拟【作者】李腾;张振花;石超;汪杰【作者单位】北京科技大学土木与资源工程学院;山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿;山东黄金有色矿业集团公司;北京科技大学土木与资源工程学院;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室;北京科技大学土木与资源工程学院;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室【正文语种】中文焦家金矿下辖焦家矿区、望儿山矿区和寺庄矿区。
其中，焦家矿区控矿构造为上盘的焦家式主断裂，矿体赋存于主断裂下盘蚀变带内。
矿体整体走向NE54°，倾向NW，倾角为27°左右。
矿体水平厚2～70 m，104线附近最厚约70 m，两翼逐渐变薄至10 m以下。
矿体属含金黄铁矿化、黄铁绢英岩化破碎蚀变岩型，矿体上盘与围岩为断层接触关系，界限明显；而矿体下盘与围岩呈渐变过渡关系，无明显界线。
岩体地质与结构特征
1 kd = d d —间距
4．张开度（e）（mm）
指结构面两壁面间的垂直距离。
5．形 态
可从侧壁的起伏形态及粗糙度两方面描述。 起伏形态—-平直的、波状的、锯齿状、台阶状和不规则状的。 粗糙度—-粗糙系数JRC。
6．充填胶结特征
1）Fe、Si结的结构面强度最低，且抗水性差。 2）就充填物成分来说 以砂质、砾质等粗粒充填的结构面性质最好； 以粘土质（如高岭石、绿泥石、水云母、蒙脱石等）和易溶盐类充填的 结构面性在最差。
2. 沉积岩（又叫水成岩）（sedimentary rock）
层理构造，岩体呈层状结构。
陆源碎屑岩 : 砾岩 砂岩 粉砾岩和泥质岩 他生沉积岩 火山碎屑岩 : 集块岩 火山角砾岩和凝灰岩等 沉积岩 化学沉积岩 : 石灰岩和白云岩类最为常见 自生沉积岩 生物化学沉积岩 :
延伸数十厘米至 20～ 节理、层面、次生 坚硬结构面。 Ⅳ级 30m，宽度为零至数厘 裂隙、小断层、片 米不等，统计结构面。 理、劈理、卸荷裂 隙、风化裂隙等。
连续性差，刚性接触 隐节理、微层面、 硬性（坚硬）结构面。 分布随机，降低岩块强度， Ⅴ级 的细小或隐微裂面， 微裂隙和线理等。 统计结构面。
注：结构面内夹有软弱物质者属于软弱结构面，无充填者则属于坚硬结构面。
是岩块力学性质效应基 础。
三、结构面特征及其对岩体性质的影响
主要就Ⅳ级结构面进行讨论。（数十厘米至20～30m，宽度为0至数厘 米） 1. 产状: 结构面与σ1间的关系控制着岩体的破坏机理与强度）
图2.2 结构面产状对破坏机理的影响示意图 （a）结构面与最大主平面的夹角β为锐角，岩体滑动破坏； （b）当β=0时，横切结构面产生剪断岩体破坏； （c）当β=90°时，平行结构面的劈裂拉张破坏。
自定义QTA函数实现岩体结构面产状的转换
个单 元格 中 的 ， 并 用 １套宏 过 程 （ Ｓ ｕ ｂ ） 来 判 断 多 个
单元 格数 据 ， 实 现产 状 转 化 。但 是对 于存 于 一个 单 元格 中的产 状 信 息 ， 用 简 单 函 数识 别 就 较 为 困难 。
云 南 水 力 发 电
ＹＵＮＮＡＮ Ｗ ＡＴＥＲ ＰＯＷ ＥＲ
第２ ９卷 第４ 期
自定 义 ＱＴＡ 函数 实 现岩 体 结构 面 产 状 的转 换
伏坤 ， 严 长 城
（ 成都理工大学地质灾害 防治与地质环境保 护国家重点实验室 ， 四川 成都 摘 ６ １ ０ ０ ５ ９ ）
要： 岩体结构面产状研究是岩体结构面几何特性研究的一项重要 内容 ， 是“ 十大” 结构面调查指标中最重要 的一项指标。在水
Ｗｏ ｒ ｄ自动化 完 成 一 些 工 作 。ＶＢ Ａ 可 以 看 作 是 非
通常， 结构 面产 状表示 法有 两种 ： 象 限角法 和方
位 角法 。象 限角表示 产状 要素 时 ， 一般 是记走 向 、 倾
常 流行 的应 用程 序开 发语 言 Ｖｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｂ ａ ｓ ｉ ｃ的一个 子
通 过 ＶＢ Ａ 自定义 转换 函数 ＱＴ Ａ， 实现 产状 从 象 限
角 法至方 位 角 法 的 基 础 转 换 处 理 。在 文 中介 绍 了 ＱＴＡ 核心计 算方法 ， 以及 实 际工作 中常见 的一些 数
ｔ ｉ ｅ ｓ ｉ ｎ ｒ ｏ ｃ ｋ ｍａ ｓ ｓ ｅ ｓ ） Ｅ ， 其 中规 定 了 对 结 构 面 的 １ ０ 个描 述结构 面几何 特性 指标 ， 包 括结 构 面产 状 （ Ｏｒ ｉ — ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ） 、 间距 （ Ｓ ｐ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ） （ 或密 集程度 ） 、 延续 性（ Ｐ ｅ ｒ ｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｎ ｃ ｅ ） 、 粗 糙 程度 （ Ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ） 、 起 伏 程 度（ Ａｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ） 、 侧 壁抗 压 强 度 、 充 填 情况 、 渗流、 组数 和
岩体随机结构面的网络生成及应用
分析建 立关 于结 构 面各 几何 特征参 数 的概率 密度 函
数， 通过蒙特卡 罗（ ｏｔ —ｃ ｌ） ，按 已知密度 Ｍｎ ｅ ａｏ 法 ｒ
水 利 水 电工 程 － 计 ｉ Ｓ ． ｔ
Ｄ Ｈ ・２ １ 年 第 ３ 卷 第 １ ＷＲ Ｅ ０２ １ 期
函数 进 行 “ 样 ” 采 ，从 而 得 出 与 实 际 分 布 函数 相
２ 随 机 结 构 面 的 网 络 模 拟
２１ 网 ０ ａ
图 １ 坝 区 软 弱 结构 面产 状
表 １ 坝 区软 弱 结构 面 优势 产 状
岸别
组号
１ ２ ３
倾向／（） 。
１６ ２ ２ ６ ８ ２５ ２
倾角／ （） 。
确 定岩 体 的力 学特 性指标 和强 度参数 。 １ 工 程 概 况 拟 建工程 初步设 计 为混凝 土双 曲拱坝 ，位 于我
国西南 部金 沙江上 游地段 ，地 层岩 性主要 为峨 眉 山
系玄武 岩 。坝 区内的软弱 结构 面 主要 有断 层 、层 内 错 动带 、层 问错 动带 和构造裂 隙等 ，两岸 结构 面产 状分 布情 况见 图 １ 。工程 区结 构 面 的产 状 以缓倾 与 陡倾为 主 ，分组 、提取 优势产 状 （ １。 表 ）
２ ３ １ ４ ８ ９
岸别
亡 出 自 犀
组号
１ ２ ３
倾 向／ （） 。
１３ ２ ２ ６ ８ ２５ ２
倾角／ （） 。
２ ２ １ ２ ８ ４
士 出
丘Ｊ 千
４
１８ ８
１ ７
４
１７ ９
１ ７
岩体结构面网络模拟实际上是一个现场测量统 计 的逆 过程 ［ 。概括起来 说 ，就是 根据 实测 统计 一
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整体状结构
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块状结构
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1、岩体的变形受控于岩体结构
• 发育于岩体中的结构面，是抵抗外力的薄弱环节。 软弱结构面是岩体变形破坏的重要控制因素或边界。 • 岩体变形与连续介质变形明显不同，并且结构面变 形起到控制作用。因此，岩体的变形主要它由结构体 变形与结构面变形两部分构成。 • 块状结构岩体变形主要沿贯通性结构面滑移形成； 碎裂状结构岩体变形则由Ⅲ、Ⅳ级结构面滑移及部分 岩块变形构成；只有完整岩体的变形才受控于组成岩 体的岩石变形特征。
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2）层状结构 矿区内多数岩体属于 此种结构类型。该类 岩体具有清楚的层面， 其力学特征各向异性 明显，岩体的变形和 破坏一般受层面、层 间错动带和软弱夹层 的控制。
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Hale Waihona Puke 243）碎裂结构碎裂结构的岩体完整性差，呈规则和不规则的碎块状，此 系遭受层面、节理面、裂隙面、劈理面等不连续面交错切割 所至。
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层状结构
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碎裂状结构
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散体状结构
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1)块状结构
块状结构的岩体完整性好,结构体为块体,其中的不连续面主要 为节理面,且节理或裂隙的贯通性差,岩体强度高或相对较高。
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岩体变形机制受岩体结构控制
岩体结构
变形 成分
主要 的
次要 的
侧胀系数
变形系数
控制岩体变 形的主要因
素
整体状结构
岩块压缩变形
断层破碎带交叉，构造及风化裂隙 密集，结构面及组合错综复杂，并 多充填粘性土，形成许多大小不一 的分离岩块
完整性破坏较大，整体强度 很低，并受断裂等软弱结构 面控制，多呈弹塑性介质， 稳定性很差
完整性遭到极大破坏，稳定 性极差，岩体属性接近松散 体介质
可能发生的岩土 工程问题
不稳定结构体的 局部滑动或坍塌， 深埋洞室的岩爆
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4）散体结构
具散体结构岩体的完整性已经完全丧失，由于强烈的风化 作用，使原岩遭受严重破坏，岩石呈形状不规则的块状体混 杂在较多的土状物中，或由松散层构成。
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（二）岩体结构控制论
岩体的应力分布、变形破坏以及岩体力学介质 属性无不受控于岩体结构。岩体结构对工程岩 体控制作用主要表现在三方面：即岩体的应力 分布特征、岩体的变形与破坏特征及工程岩体 的稳定性。
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采场圆弧形破坏
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采场楔形破坏
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采场倾倒破坏
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采场崩塌破坏
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岩体的结构类型
岩体结 构类型
整体状 结构
“高等岩石力学”专题
——岩体结构特征与结构面 网络模拟
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岩体结构特征与结构面网络模拟
一、工程岩体是什么东东 二、研究岩体结构有什么意义 三、岩体结构面网络模拟
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一、工程岩体是什么东东
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石 英
正 长 石
接近均一的各向异性体，其 变形及强度特征受层面及岩 层组合控制，可视为弹塑性 体，稳定性较差
构造影响严重的破碎 岩层
块状
构造影响剧烈的断层 破碎带，强风化带， 全风化带
碎屑 状颗 粒状
断层、断层破碎带、片理、层理及 层间结构面较发育，裂隙结构面间 距0.25~0.5m，一般在3组以上，由 许多分离体形成
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采场单一平面破坏
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采场复合型平面破坏
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采场阶梯状破坏
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采场波状平面破坏
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结构体 + 结构面组合 = 岩体结构
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（一）结构面的组合
（1）平面破坏 ① 简单平面破坏 ，② 复合型平面破坏 ， ③ 多平面阶梯状破坏 ，④ 波状平面破坏 。
（2）圆弧型破坏 （3）楔形破坏 （4）倾倒破坏 （5）崩塌破坏
块状结 构
层状结 构
碎裂状 结构
散体状 结构
岩体地质类型
主要 结构 形状
结构面发育情况
岩土工程特征
均质，巨块状岩浆岩、 变质岩，巨厚层沉积 岩、正变质岩
巨块 状
以原生构造节理为主，多呈闭合型， 裂隙结构面间距大于1 5m，一般 整体性强度高，岩体稳定， 不超过1～2组，无危险结构面组成 可视为均质弹性各向同性体 的落石掉块
厚层状沉积岩、正变 质岩、块状岩浆岩、 变质岩
块状、 柱状
只具有少量贯穿性较好的节理裂隙， 裂隙结构面间距0.7～1.5m。一般为 2～3组，有少量分离体
整体强度较高，结构面互相 牵制，岩体基本稳定，接近 弹性各向同性体
多韵律的薄层及中厚 层状沉积岩、副变质 岩
层状、 板状、 有层理、片理、节理，常有层间错 透镜 动面 体
矿物
白云母
方解石
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岩块 岩体
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由同样的岩石组成的岩体 性质迥异，可能是什么原 因？
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二、研究岩体结构有什么意义
岩体结构(rockmass structure)指岩体中结 构面与结构体的排列组合关系。
具有一定的结构是岩体的显著特征之一。