块体模型分析结构性岩体稳定性的关键技术研究

The existence of structural surfaces in rock mass is a dominant factor which seriously affect the stability of rock mass.Correct analysis and simulation of structural surfaces are key points to the analysis of structural rock mass. Therefore, in the field of analysis for structural rock mass，analysis methods based on block model have advantages and can not be replaced by other analysis methods. However, because some of the key technologies involved in the block model are still not mature,including creating geometric model of blocks,getting rid of the interference of contact artificial parameters on the results of the analysis and setting a more effective stability index for structural rock mass，development and application of analysis methods based on block model are restricted..In this project，neural network mapping approach will be used to generate blocks geometric model under the premise that the distribution probability and statistical regularity of blocks surfaces will conform that of rock mass structural surfaces. With the help of the proposed approach，the problem of the impact to the analysis results or even arbitrary results, caused by the widely employed approach for blocks' model generating in current DDA and DEM methods, will be slolved. Meanwhile, an iterative approximation approach and linear programming technique will be carried out to establish a blocks contact model without any contact parameters given, and the problem of selection blocks' contact mechanics model and impact to the analysis induced by artificial model parameters will be sloved. With considering the characteristic of rock mass stablity analysis, a more comprehensive stability index will be present. Research achievements of this project will greatly improve the theory of block model analysis method and the standard of rock mass engineering design with great significance.

岩体结构面的存在是影响岩体稳定性的重要因素并通常起控制作用，正确分析和模拟结构面是结构性岩体分析的关键。为此，块体模型在结构性岩体的分析方面具有优势，且其它分析方法无法替代。然而，因为涉及块体模型分析方法的一些关键技术仍不成熟，包括如何建立块体几何模型、如何解决块体接触模型的人工参数干扰、如何建立更有效的结构性岩体的稳定性指标等，使其方法的发展和应用均受到制约。.本项目将建立块体几何面分布概率和统计规律符合岩体结构面的神经网络映射的块体几何模型生成方法，解决当前块体模型方法如DDA、DEM等因块体划分所带来对分析结果的影响甚至随意性；通过以接触力作为变量的思路，采用迭代逼近结合线性规划方法，建立无参数块体接触面关系，解决接触力学模型选择的困扰，去掉人工参数对分析结果影响；针对稳定性问题特点，将引入更综合的稳定性指标。研究成果对于完善块体模型分析理论和提高岩体工程设计水平均具有重要意义。

针对本项目块体模型分析岩体稳定性这一科学问题，围绕项目研究内容和研究目标，在项目组成员和研究生们的直接参加下，开展了多方面的的研究工作。块体接触力学关系是问题开展的关键，研究了库仑土压力的墙后土楔体的受力特点，得到了合理修正解。对块体接触模型，以边坡条块体作为研究对象，研究通过在条块间和条块与滑动面间引入弹簧，使条块受力计算得以无简化实现。研究了块体模型生成方法和控制参数的的研究，得到了方便快捷的块体模型生成映射方法。提出了岩土边坡工程的关键滑动面分析理论，使边坡分析得到更全面综合的考虑，为边坡评估和设计提供更合理依据。对块体条间力提出了一种二分法快速迭代收敛方法，计算途径合理，算法稳定快捷。针对稳定性问题中牵引式破坏这一最常见形式，研究了基于条分块体的牵引式滑坡稳定性分析方法，通过更加直观的物理概念，诠释了边牵引滑坡的分析方案，是对现有分析方法的补充和发展。研究了块体接触问题的无参数细胞自动机迭代计算方法，该方法突破了稳定性分析需要各种简化的瓶颈，真正意义上是解决块体接触无参数的良好途径，是剔除分析结果人为干扰的有效分析手段。研制了室内边坡试验模型装置，并对岩体边坡进行了相似模型试验，试验论证了本项目的一些结论。根据本项目的研究内容和特色，本项目成果主要以论文和软件著作权体现。