基于块体理论的块体动力稳定性分析方法及应用

论文摘要

岩体工程中,如地下洞室开挖、矿山开采、边坡开挖等,岩石块体沿着结构面产生滑动破坏的现象十分常见。针对这种由结构面切割而成的块体结构岩体,石根华博士提出了块体理论分析方法,该方法理论上是完备的,数学证明是严谨的,且易于编程,为解决块体结构岩体稳定性判断提供了基本方法和手段。本文首先利用块体理论对岩石块体在静力条件下的稳定性进行了研究,然后在此基础上又提出了基于块体理论的动力稳定分析方法。论文主要研究成果包括以下几个方面:(1)在利用块体理论进行分析前,对于大量存在的裂隙需要对其进行概化分组,确定其优势产状,因此提出了基于遗传算法和模糊C均值的岩体结构面分组方法,以及一种新的极点等值线图绘制方法,并在Fortran的Quickwin绘图模式下对两者实现可视化。(2)在Fortran平台下实现了全空间赤平投影程序、块体稳定分析程序、块体形态可视化程序以及平衡区域图程序的编制,并可在AutoCAD中查看输出结果。(3)首次提出了地震作用下基于块体理论的块体动力稳定性分析方法,包括:①仅考虑摩擦力时不定位块体的动力稳定分析;②考虑摩擦力和粘聚力时定位块体的动力稳定分析,同时也考虑到了锚固力以及静水压力的影响;③进而又将Newmark法累积滑移量的思想引入到块体动力稳定分析中来,提出了块体累积滑动位移的概念与计算方法,并考虑了块体滑动后结构面强度的损失,得到了块体累积滑动位移曲线以及强度损失前后块体动安全系数对比曲线;④编制了基于参数敏感性的块体稳定性分析程序,可为设计提供参考。(4)将上述程序应用于官地水电站尾调室上游边墙块体动静力稳定分析中,为设计提供参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 岩体块体静力稳定分析研究现状
• 1.2.1 四面体楔形体研究现状
• 1.2.2 四面体楔形体分析适用性讨论
• 1.2.3 块体理论研究现状
• 1.2.4 块体理论适用性讨论
• 1.3 基于Newmark 思想的块体动力稳定分析研究现状
• 1.4 本文研究思路
• 第二章 块体理论介绍及程序实现
• 2.1 块体理论简介
• 2.1.1 基本假定
• 2.1.2 块体类型定义
• 2.1.3 关键块体判断
• 2.1.4 块体理论研究方法
• 2.2 全空间赤平投影
• 2.3 块体形态可视化程序
• 2.4 块体稳定分析程序
• 2.5 平衡区域图程序
• 2.6 本章小结
• 第三章 结构面概化分析方法
• 3.1 基于遗传算法和模糊C 均值的结构面分组方法
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 模糊C 均值算法
• 3.1.3 基于遗传算法的结构面FCM 聚类算法
• 3.1.4 算例
• 3.1.5 小结
• 3.2 一种新的极点等值线图绘制方法
• 3.2.1 极点密度图算法
• 3.2.2 等值线算法
• 3.2.3 两种算法的巧妙结合
• 3.2.4 算例
• 3.2.5 小结
• 第四章 基于块体理论的块体动力稳定分析
• 4.1 不定位块体动力稳定性分析
• 4.1.1 动安全系数计算及评价方法
• 4.1.2 研究思路
• 4.1.3 动安全系数评价方法
• 4.1.4 实例计算
• 4.1.5 结论
• 4.2 定位块体的动力稳定性分析
• 4.2.1 研究思路及计算流程
• 4.2.2 实例计算
• 4.2.3 结论
• 4.3 基于滑动面抗剪强度演化条件下的块体动力稳定性分析
• 4.3.1 研究思路及计算流程
• 4.3.2 算例
• 4.3.3 结论
• 4.4 基于参数敏感性的块体稳定性分析
• 第五章 工程应用
• 5.1 工程概况
• 5.2 尾调室上游边墙地质条件
• 5.3 尾调室开挖所揭露的岩体结构特征
• 5.4 尾调室定位块体稳定性分析
• 5.5 结论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的学术论文
• 硕士研究生期间参与的主要科研项目
• 致谢