岩体裂隙网络生成技术及应用综述

Mine Engineering 矿山工程, 2020, 8(2), 192-199

Published Online April 2020 in Hans. /journal/me

https:///10.12677/me.2020.82025

Summary of Crack Network Generation

Technology and Its Application in Rock Mass

Liping Liu, Haifeng Lu, Hui Zhu, Ya Xu

School of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui

Received: Mar. 24th, 2020; accepted: Apr. 21st, 2020; published: Apr. 28th, 2020

Abstract

The deformation, strength and permeability of rock mass are mostly controlled by fractures.There-fore, it is of great significance to study the fracture distribution in rock mass to master the engi-neering properties of rock mass. The generation and simulation of fracture network is one of the main methods to grasp the fracture distribution in rock mass. The Monte-Carlo simulation tech-nique, DEM, stereoscopic technique, Latin Hypercube Sampling and other fissure network genera-tion techniques are expounded in detail. Finally, the concrete applications of these techniques are mainly discussed from the aspects of mechanical properties, seepage and grouting reinforcement according to the stability of dam foundation rock mass according to the fissure network. The re-search results can provide a good summary of the current fracture network generation technology and provide a direction reference for the future research.

Keywords

Fracture of Rock Mass, Generation Technology, Fracture Network, Monte-Carlo

岩体裂隙网络生成技术及应用综述

刘丽平，鲁海峰，祝慧，许亚

安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南

收稿日期：2020年3月24日；录用日期：2020年4月21日；发布日期：2020年4月28日

摘要

岩体的变形、强度及渗透性多数是由裂隙控制，故研究岩体中裂隙分布对掌握岩体的工程性质具有重要意义。裂隙网络的生成和模拟是目前掌握岩体中的裂隙分布的主要手段之一。详细阐述了Monte-Carlo

刘丽平等

模拟技术、离散元方法(DEM)、体视学技术、拉丁超立方抽样(Latin Hypercube Sampling)等裂隙网络生成技术，最后依据裂隙网络，从力学性质、渗流、注浆加固依据坝基岩体稳定等方面重点论述了其具体应用。研究成果可对目前的裂隙网络生成技术提供了较好的总结，为后续的研究提供了方向参考。

关键词

岩体裂隙，模拟技术，裂隙网络，Monte-Carlo

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1. 引言

裂隙岩体是地质历史产物，它存在于地质环境之中，是由断层、节理、片理及破碎带这样的宏观结构面分割岩块而形成的一种具有特定结构的地质体。正是因为这些宏观结构面的延伸、交错或交切，从而构成了岩体独特的裂隙网络结构，进而控制了裂隙岩体的各种力学行为以及水力学行为。

岩体裂隙的相关参数特征包括裂隙的长度、裂隙的方向、裂隙的密度以及裂隙之间的连通性，在这样一种地质体中，裂隙的特征也就决定了气体和液体在岩体中的运移特征。因而，研究岩体裂隙网络结构的特征，是研究裂隙岩体的水力学、热力学及其他力学特性的基础。考虑到岩体中裂隙的一些几何特性以及物理相关参数存在一些随机性和不可确定性，因此，利用条件很有限的普通地质测量方法，分析岩体裂隙的长度、裂隙的产状、裂隙宽度以及裂隙连通性等参数的统计分布规律，运用岩体裂隙网络生成技术形成岩体同分布的裂隙网络，是一种高效可行的方法[1]。运用岩体裂隙网络模拟方法不仅可以对岩体裂隙系统的不均匀性、水流的各向异性和非连续性进行呈现，还可以对岩体裂隙中水流的顺势变化特征进行描述，因此，在岩体工程中，一般可以通过对岩体裂隙网络进行模拟从而分析其力学性质、强度和渗透性，对于岩体稳定性、水电工程透水性和安全性和裂隙岩体的加固等研究都具有重要的指导意义。本文介绍了国内外学者常用的几种裂隙网络生成法并对其进行分析比较，以及裂隙网络模拟在边坡稳定性研究、水库渗漏、注浆加固等工程中的主要应用。

2. 岩体裂隙网络生成方法

2.1. Monte-Carlo模拟方法

蒙特卡洛( Monte-Carlo)模拟方法[2]的原理是通过已编制的计算机程序进行统计试验，这些试验对象包括岩体本身强度和岩体裂隙相关参数，从而将最终得到的统计数字的特征值作为待求解问题的数值解[3]。蒙特卡洛方法要求一般要在现场对裂隙产状、迹长以及隙宽等参数调查基础上，再根据大量的数据，进一步统计得出它的概率分布函数形式，如吴顺川等[4]通过现场对岩体的节理进行调查，采用测线法对节理的各种地质几何参数进行统计，并且将节理按其产状分为4组，如图1显示的是其中两组节理倾角的概率密度拟合，显示其正态分布和威布尔分布拟合精度较好。赵德文等[5]运用Monte-Carlo模拟方法，其模拟结果真实再现了现场的岩体裂隙的各种地质几何特征，如裂隙方向、裂隙宽度以及裂隙连通性等，为边坡稳定分析提供基础地质资料。杨米加等[6]人应用Monte-Carlo模拟方法生成同分布裂隙网络，通过对裂隙岩体的渗透性统计规律的分析，从而对岩体渗透性进行可靠性评估，对于提高该类工程计算与预测的准确性具有重要意义。王肖珊[7]基于Monte-Carlo随机模拟方法，利用已知的岩体裂隙几何参数，