[发明专利]一种地质块体对象化建模分析方法

说明书

本发明公开了一种地质块体对象化建模分析方法，包括步骤S1地质块体对象化定义，S2地质块体自动化建模，S3地质块体模型化分析。其方法原理是步骤S1将地质块体视为个体或多个地质子块体构成的集合体，进行对象化定义；步骤S2通过概化延展地质结构面与自然临空面、人工开挖面将岩体划分成若干地质子块体，自动生成岩体的地质块体模型；步骤S3直接从模型上提取地质结构面的几何和力学参数，进行稳定性分析计算，输出评价报告、图表等。本发明将地质块体视为一个有机系统，对象化表达了地质块体的构成、属性和空间关系，判定岩体的稳定状况，计算其安全系数，为施工地质超前预报、设计支护参数调整提供科学依据。本发明主要应用于岩土工程领域的岩质洞室、边坡和基坑工程。

技术领域

本发明涉及一种地质块体对象化建模分析方法。该技术方法适用于洞室、边坡工程等地质专业领域。

背景技术

在边坡、地下洞室和地基工程中，工程岩体的地质块体稳定性分析是一项极为重要的工作内容，其目的是通过各种手段和途径，正确认识受力岩体的变形和破坏规律，判定岩体的稳定状况，为工程规划、设计、施工和加固等工作提供科学合理的建议和依据。

目前，地质块体稳定性分析方法主要有极限平衡法、差分法、有限元法、离散元法、边界元法、DDA法、块体单元法、非连续变形分析和数值流形法等。极限平衡法作为一种预先制定破坏面并获得唯一上限解的方法，经历了竖直条分至斜条分的完善过程，它是块体理论的思想基础；由于地质结构面的存在而往往表现为非连续性，使用基于连续介质力学的有限元法进行地质块体稳定性分析时通常存在较大的局限性；基于非连续介质力学的离散元法视块体为离散介质，可以计算块体沿结构面滑动、转动直至破坏的全过程，但与有限元法类似，需要预先网格化以及获取准确的结构面位置等信息，实际工程中往往难以满足；非连续变形分析和数值流形方法在大变形、动力学计算等方面具有广阔的发展前景，但由于发展相对较晚，目前应用不多。块体理论主要根据结构面的产状等参数直接判断相应块体的稳定性，是“几何法”分析，而且计算完全是三维的，所得结果可直接用于实际工程，且块体理论也是非连续变形分析和数值流形方法等非连续介质力学方法发展的基础。

块体理论是一种结构分析方法，是借助于拓扑学、集合论、几何学和矢量代数学建立的，其基本假定为：①结构面为平面；②不考虑岩石块体本身的强度破坏；③结构体为刚体；④岩体的失稳是岩体在各种荷载作用下沿着结构面产生剪切滑移。块体理论自从提出和建立以来，国内外许多学者从结构面几何分布特征、物理特性、块体的力学行为等方面考虑并结合现代数学方法提出了一些新的方法，归纳起来主要有随机网络模拟法、关键群法、分形几何法、弹粘塑性法以及非连续变形分析和数值流形法等6类方法。

自然界发生的滑坡绝大多数呈三维状态，但是在块体稳定分析领域，二维极限平衡法仍是常用手段。越来越多的工程实际问题提出了建立三维块体稳定分析的要求(Seedet al,1990；Morgenstern,1992)。三维块体稳定性分析可以更加真实地反映边坡的实际状态，特别是当滑裂面已经确定时，使用三维分析可以恰当地考虑滑体内由于滑裂面的空间变异特征对边坡稳定安全系数的影响。

尽管三维的地质块体稳定性分析具有重要意义，但大部分研究工作仅限于学术领域，实际工程中将地质块体稳定性分析与地质三维模型完全结合，建立从地质块体对象化定义到自动化建模、模型化分析的技术方法未见应用。然而一个大型边坡工程可能有数十个地质块体交叉出现，二维图和分析报告难以描述真实的岩体复杂状况和工程影响，人工的地质分析和资料整编工作量极大，且非常考验地质人员的空间分析和计算评价能力，地质块体稳定性分析成果质量、工作效率都难以提高。

发明内容

目前，二维块体稳定性分析方法及理论已相当成熟，但结合三维软件进行地质块体的自动建模与稳定性分析计算一体化的研究尚少。本发明在块体理论的基础上，深入研究地质块体建模与稳定性分析理论，将地质块体视为一个有机系统，提出一种地质块体建模分析方法。

一种地质块体对象化建模分析方法，其特征在于