復(fù)雜巖體工程無(wú)網(wǎng)格分析的若干關(guān)鍵問(wèn)題研究

結(jié)合流形覆蓋和無(wú)網(wǎng)格插值思想，提出和發(fā)展了一類新的、適合復(fù)雜巖體工程分析的混合覆蓋無(wú)網(wǎng)格MCMM（Mixed Cover Meshless Method）方法。該MCMM方法基于離散點(diǎn)插值，在不同的分析區(qū)域內(nèi)可根據(jù)需要靈活地使用重疊的或獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)覆蓋，避免了幾何邊界相適應(yīng)的網(wǎng)格剖分，具有十分簡(jiǎn)潔的計(jì)算公式和簡(jiǎn)單的數(shù)值實(shí)施過(guò)程，其計(jì)算時(shí)間略高于相同自由度的有限元方法，但遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的無(wú)網(wǎng)格方法，為巖土工程分析過(guò)程自動(dòng)化并真正走向?qū)嶋H工程應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。完成了基于MCMM的虛擬裂紋閉合法、裂紋擴(kuò)展、無(wú)網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)布置、高效數(shù)值積分、節(jié)理斷層、材料不連續(xù)面、開挖支護(hù)模擬等關(guān)鍵算法和實(shí)施技術(shù)，提出和發(fā)展了基于獨(dú)立覆蓋的適合巖體工程支護(hù)結(jié)構(gòu)模擬的簡(jiǎn)單高效的厚壁通用板單元。利用標(biāo)準(zhǔn)算例、磷礦邊坡穩(wěn)定性分析實(shí)例及模型實(shí)驗(yàn)研究等對(duì)項(xiàng)目理論及方法的正確性進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證。 2100433B

作為一種成熟、通用的計(jì)算方法，有限元法目前已在越來(lái)越多的大型巖體工程分析中發(fā)揮了十分重要的作用。單元網(wǎng)格是有限元法構(gòu)造和理論發(fā)展的基礎(chǔ)，但也帶來(lái)了網(wǎng)格畸形、特殊單元網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格變動(dòng)等方面的困難，給有限元法的巖土工程應(yīng)用帶來(lái)了很大的限制。本項(xiàng)目擬對(duì)基于覆蓋理論的無(wú)網(wǎng)格插值函數(shù)及其穩(wěn)定性、巖體工程無(wú)網(wǎng)格布點(diǎn)技術(shù)、材料不連續(xù)及巖體節(jié)理斷層的無(wú)網(wǎng)格處理方法、巖體工程無(wú)網(wǎng)格分析的數(shù)值積分理論與方法、梁板支護(hù)結(jié)構(gòu)與巖體耦合分析的無(wú)網(wǎng)格實(shí)施技術(shù)等關(guān)鍵問(wèn)題開展系統(tǒng)地研究，力圖為復(fù)雜巖體工程分析提供一種簡(jiǎn)單、方便的無(wú)網(wǎng)格計(jì)算新理論，實(shí)現(xiàn)巖體工程分析過(guò)程的高度自動(dòng)化，大幅度降低對(duì)巖土工程師計(jì)算力學(xué)知識(shí)的要求，讓無(wú)網(wǎng)格理論與計(jì)算方法真正走向?qū)嶋H工程應(yīng)用。項(xiàng)目研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

《復(fù)雜巖體結(jié)構(gòu)精細(xì)描述及其工程應(yīng)用》在充分掌握第一手資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)理分析手段，立足于復(fù)雜巖體結(jié)構(gòu)的精細(xì)描述，提出適用于工程的復(fù)雜巖體結(jié)構(gòu)面描述體系，并進(jìn)一步討論其工程應(yīng)用。《復(fù)雜巖體結(jié)構(gòu)精細(xì)描述及其工程應(yīng)用》共分12章。第1章至第6章主要論述巖體結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理分析，巖體結(jié)構(gòu)面分級(jí)及調(diào)查技術(shù)，層間結(jié)構(gòu)面分析，層內(nèi)結(jié)構(gòu)面工程特性研究，巖體結(jié)構(gòu)的分析方法；第7章至第12章介紹了基體結(jié)構(gòu)面調(diào)查與描述的普遍測(cè)網(wǎng)法，側(cè)裂面調(diào)查與描述，基體結(jié)構(gòu)面二維、三維連通率研究，信息復(fù)雜巖體信息系統(tǒng)和三維可視化模型。

開展高地應(yīng)力高滲透壓條件下裂隙巖體的現(xiàn)場(chǎng)與室內(nèi)強(qiáng)度、流變和滲流試驗(yàn)，研究深部裂隙巖體的變形機(jī)理與破壞準(zhǔn)則、滲透特性及水力耦合機(jī)理，建立反映深部地質(zhì)環(huán)境與工程擾動(dòng)效應(yīng)的巖體水力耦合模型與分析方法；研究深部巖體的流變變形規(guī)律，建立高地應(yīng)力高滲透壓條件下裂隙巖體的流變模型與分析方法；研究深部工程巖體開挖過(guò)程的變形與滲流控制機(jī)理，提出深部巖體滲流和變形控制安全判據(jù)，為錦屏一級(jí)、二級(jí)水電站地下洞室群和引水隧洞等高地應(yīng)力高滲透壓條件下裂隙巖體的滲流和變形控制提供理論依據(jù)。研究成果在西部水電開發(fā)、核廢料地質(zhì)深層處置、深部采礦和石油開采等領(lǐng)域具有廣闊的工程應(yīng)用前景。 2100433B

可通過(guò)三個(gè)途徑取得：①試塊室內(nèi)試驗(yàn)；②野外原位試驗(yàn)；③工程作用下巖體變形的原型觀測(cè)。不論通過(guò)那種途徑，都必須與巖體的地質(zhì)特性，即巖性、結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件的研究相結(jié)合。試塊室內(nèi)試驗(yàn)、野外原位試驗(yàn)以及原型觀測(cè)所取得的資料都只能代表試驗(yàn)、觀測(cè)地點(diǎn)某一地質(zhì)單元的工程性質(zhì)。因此，綜合性地質(zhì)分析是巖體的工程性質(zhì)研究的基礎(chǔ)，貫穿于研究工作的始終（見巖體力學(xué)試驗(yàn)和測(cè)試）。2100433B