岩体稳定性评价及其空间形态表征研究

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随着岩土工程规模的不断扩大,工程围岩条件以及周边环境等因素的复杂性也随之加大,使得许多岩土工程的设计和施工无相应的规范进行稳定性控制,工程岩体稳定性的评价也越来越复杂。岩土工程的稳定性评价贯穿着岩土工程的全过程,在工程建设中处于很重要的位置,特别是施工过程中的安全评价如施工过程中开挖和支护方稳定性案的制定等,对于工程的设计规划和施工有着重要的影响。对于岩土工程的评价可分为整体和局部两个层面,但这两个层面均不能直观地表现出岩土工程整体结构内部的稳定性即岩土工程结构内部损伤的空间分布。本文基于破坏接近度的概念,建立了岩土工程稳定性评价方法并结合岩土工程数值软件FLAC3D编写出相应的分析程序,结合实际工程算例验证其合理性。同时结合Matlab图形处理原理对岩体安全系数云图对进行了辨识和提取,实现三维空间表征。本文主要完成的具体研究成果如下:(1)通过理论分析,推导出基于Griffith强度准则的破坏接近度函数,通过理论推导和算例模拟结果表明,破坏接近度除了可以给出塑性屈服区外,还可以表示出塑性区之外的区域接近于塑性屈服的程度,直观地表现出围岩整体的安全度,预测围岩塑性区的发展,为工程施工过程中稳定性评价提供参考。(2)文章以Weibull分布函数作为岩土体力学参数概率密度函数,通过FALC3D内置fish语言对岩土体力学参数按照概率密度函数进行随机分布,研究了岩土体力学参数的非均匀性对岩土工程内部损伤的影响。(3)根据位图的成图原理,提出了通过Matlab图像处理工具辨识和提取图形颜色阈值,实现对岩土工程破坏度云图的辨识与提取,之后通过逐幅辨识和提取破损区域像素点的颜色特征,并按照空间相对顺序依次重组叠加,实现了岩体模型损伤区域的三维重构。研究岩体安全系数空间分布可以分析岩体中破损区域的扩展演化规律及其对岩土工程稳定性的影响,不仅可以加深对岩体失稳演化的进一步认识,而且还可以对局部和广义岩土工程失效问题的联系进行深入了解。
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