[00141196]三维网络结构岩体力学数值模拟研究

本项目结合国家自然科学基金、高等学校博士学科点专项科研基金和相关的与企业横向课题,先后研制具有自主知识产权的裂隙岩体结构稳定性分析方法。 从1998年开始,本项目将研发的成果应用于国内实际工程中,不仅为工程安全提供了保障,也为国家和社会节省了大量的工程开支。 该成果不仅被国内长江委、珠江委等单位在工程实际中所采用,也被美国亚利桑那大学、印度尼西亚海淀边坡评估所采用。 一、主要创新成果 1.三维裂隙网络数值模拟 随机不连续面在三维空间展布与组合特征是评价裂隙岩体结构效应的关键。本项研究每一步骤下裂隙参数的模拟,使得到的三维结构模型与真实岩体内部裂隙的统计参数最大程度地一致。 2.裂隙岩体结构参数不确定性研究 本项目以岩体结构为出发点,综合考虑不连续面的各项几何参数,结合概率统计理论,建立岩体空间与尺寸效应的计算模拟,研究合理的宏观参数计算方法,为裂隙化岩体的结构变形特征提供科学依据。 3.裂隙岩体结构稳定性评价 基于“岩体结构控制论”观点,充分考虑裂隙岩质斜坡内的不连续面展布规律与贯通规律来评价裂隙岩体局部块体稳定性;提出了与岩体稳定性相关的最危险滑动面的确定方法,为裂隙岩体整体稳定性评价提供科学依据。 二、科学价值与经济效益 本项目实现了对复杂结构裂隙岩质斜坡进行稳定性分析的目的。科学价值如下： 1.在国内首次系统性地整理与研究了三维裂隙网络模拟理论 将裂隙岩体的二维研究扩展到了三维研究,极大的推动了裂隙岩体研究的发展,使岩质斜坡等地质灾害的分析更为合理。 2.首次系统地提出裂隙岩体参数的不确定性特征即尺寸效应与空间效应 确定了裂隙岩体物理力学参数的收敛空间与尺寸,以便合理获取宏观岩体的物理力学参数以进行裂隙岩质斜坡的结构稳定性分析。 3.在国内首次充分考虑了复杂的不连续面系统对裂隙岩体结构稳定性进行评估。 提出了裂隙岩体不稳定块体的自动搜索方法,借此可完成裂隙岩体失稳模式、最危险滑动面及安全系数的一整套技术方法。 目前,该研究成果中的结构面三维连通率估算技术已被我国溪洛渡水电站工程（总投资792.34亿元）、白鹤滩水电站工程（总投资1084亿元）坝肩抗力体稳定性评价采用;此外怒江松塔水电站（总投资426亿元）、怒江马吉水电站（总投资184亿元）坝肩抗力体三维连通率正在估算中;基于网络的安全坡角估算法在靖宇核电站高边坡和印度尼西亚马雅水泥厂边坡等多项工程边坡中得以应用。同时,该成果在四川灾后重建边坡稳定性评估中起到关键作用。 该成果不仅为我国节省了大量工程开支,节约工程投资达2600余万元;而且创造了良好的社会效益,10篇代表性论著被引总频次达429次,他引次数360次。其中最高单篇被引用134次,他引次数108次。提升了我国在裂隙岩体研究领域中的地位与知名度,使我国在该领域的研究水平达到当前国际先进水平,部分研究达到国际领先水平。 本研究成果已公开出版专著3部,发表相关学术论文200余篇,授权专利2项。在研究期间,已培养博士研究生33名,硕士研究生45名。