[發明專利]一種地質塊體對象化建模分析方法

在審

• 申請號: 202010385161.2
• 申請日: 2020-05-09
• 公開（公告）號: CN111859497A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 王國光;魏志云;張家尹;卓勝豪;劉臻熙;李小州;李成翔
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司;浙江華東工程數字技術有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發明公開了一種地質塊體對象化建模分析方法，包括步驟S1地質塊體對象化定義，S2地質塊體自動化建模，S3地質塊體模型化分析。其方法原理是步驟S1將地質塊體視為個體或多個地質子塊體構成的集合體，進行對象化定義；步驟S2通過概化延展地質結構面與自然臨空面、人工開挖面將巖體劃分成若干地質子塊體，自動生成巖體的地質塊體模型；步驟S3直接從模型上提取地質結構面的幾何和力學參數，進行穩定性分析計算，輸出評價報告、圖表等。本發明將地質塊體視為一個有機系統，對象化表達了地質塊體的構成、屬性和空間關系，判定巖體的穩定狀況，計算其安全系數，為施工地質超前預報、設計支護參數調整提供科學依據。本發明主要應用于巖土工程領域的巖質洞室、邊坡和基坑工程。

技術領域

本發明涉及一種地質塊體對象化建模分析方法。該技術方法適用于洞室、邊坡工程等地質專業領域。

背景技術

在邊坡、地下洞室和地基工程中，工程巖體的地質塊體穩定性分析是一項極為重要的工作內容，其目的是通過各種手段和途徑，正確認識受力巖體的變形和破壞規律，判定巖體的穩定狀況，為工程規劃、設計、施工和加固等工作提供科學合理的建議和依據。

目前，地質塊體穩定性分析方法主要有極限平衡法、差分法、有限元法、離散元法、邊界元法、DDA法、塊體單元法、非連續變形分析和數值流形法等。極限平衡法作為一種預先制定破壞面并獲得唯一上限解的方法，經歷了豎直條分至斜條分的完善過程，它是塊體理論的思想基礎；由于地質結構面的存在而往往表現為非連續性，使用基于連續介質力學的有限元法進行地質塊體穩定性分析時通常存在較大的局限性；基于非連續介質力學的離散元法視塊體為離散介質，可以計算塊體沿結構面滑動、轉動直至破壞的全過程，但與有限元法類似，需要預先網格化以及獲取準確的結構面位置等信息，實際工程中往往難以滿足；非連續變形分析和數值流形方法在大變形、動力學計算等方面具有廣闊的發展前景，但由于發展相對較晚，目前應用不多。塊體理論主要根據結構面的產狀等參數直接判斷相應塊體的穩定性，是“幾何法”分析，而且計算完全是三維的，所得結果可直接用于實際工程，且塊體理論也是非連續變形分析和數值流形方法等非連續介質力學方法發展的基礎。

塊體理論是一種結構分析方法，是借助于拓撲學、集合論、幾何學和矢量代數學建立的，其基本假定為：①結構面為平面；②不考慮巖石塊體本身的強度破壞；③結構體為剛體；④巖體的失穩是巖體在各種荷載作用下沿著結構面產生剪切滑移。塊體理論自從提出和建立以來，國內外許多學者從結構面幾何分布特征、物理特性、塊體的力學行為等方面考慮并結合現代數學方法提出了一些新的方法，歸納起來主要有隨機網絡模擬法、關鍵群法、分形幾何法、彈粘塑性法以及非連續變形分析和數值流形法等6類方法。

自然界發生的滑坡絕大多數呈三維狀態，但是在塊體穩定分析領域，二維極限平衡法仍是常用手段。越來越多的工程實際問題提出了建立三維塊體穩定分析的要求(Seedet al,1990；Morgenstern,1992)。三維塊體穩定性分析可以更加真實地反映邊坡的實際狀態，特別是當滑裂面已經確定時，使用三維分析可以恰當地考慮滑體內由于滑裂面的空間變異特征對邊坡穩定安全系數的影響。

盡管三維的地質塊體穩定性分析具有重要意義，但大部分研究工作僅限于學術領域，實際工程中將地質塊體穩定性分析與地質三維模型完全結合，建立從地質塊體對象化定義到自動化建模、模型化分析的技術方法未見應用。然而一個大型邊坡工程可能有數十個地質塊體交叉出現，二維圖和分析報告難以描述真實的巖體復雜狀況和工程影響，人工的地質分析和資料整編工作量極大，且非常考驗地質人員的空間分析和計算評價能力，地質塊體穩定性分析成果質量、工作效率都難以提高。

發明內容

目前，二維塊體穩定性分析方法及理論已相當成熟，但結合三維軟件進行地質塊體的自動建模與穩定性分析計算一體化的研究尚少。本發明在塊體理論的基礎上，深入研究地質塊體建模與穩定性分析理論，將地質塊體視為一個有機系統，提出一種地質塊體建模分析方法。

一種地質塊體對象化建模分析方法，其特征在于