复杂岩体工程无网格分析的若干关键问题研究中文摘要

作为一种成熟、通用的计算方法，有限元法目前已在越来越多的大型岩体工程分析中发挥了十分重要的作用。单元网格是有限元法构造和理论发展的基础，但也带来了网格畸形、特殊单元网格划分、网格变动等方面的困难，给有限元法的岩土工程应用带来了很大的限制。本项目拟对基于覆盖理论的无网格插值函数及其稳定性、岩体工程无网格布点技术、材料不连续及岩体节理断层的无网格处理方法、岩体工程无网格分析的数值积分理论与方法、梁板支护结构与岩体耦合分析的无网格实施技术等关键问题开展系统地研究，力图为复杂岩体工程分析提供一种简单、方便的无网格计算新理论，实现岩体工程分析过程的高度自动化，大幅度降低对岩土工程师计算力学知识的要求，让无网格理论与计算方法真正走向实际工程应用。项目研究具有重要的学术意义和工程应用价值。

结合流形覆盖和无网格插值思想，提出和发展了一类新的、适合复杂岩体工程分析的混合覆盖无网格MCMM（Mixed Cover Meshless Method）方法。该MCMM方法基于离散点插值，在不同的分析区域内可根据需要灵活地使用重叠的或独立的结点覆盖，避免了几何边界相适应的网格剖分，具有十分简洁的计算公式和简单的数值实施过程，其计算时间略高于相同自由度的有限元方法，但远低于传统的无网格方法，为岩土工程分析过程自动化并真正走向实际工程应用奠定了良好的基础。完成了基于MCMM的虚拟裂纹闭合法、裂纹扩展、无网格结点布置、高效数值积分、节理断层、材料不连续面、开挖支护模拟等关键算法和实施技术，提出和发展了基于独立覆盖的适合岩体工程支护结构模拟的简单高效的厚壁通用板单元。利用标准算例、磷矿边坡稳定性分析实例及模型实验研究等对项目理论及方法的正确性进行了测试和验证。 2100433B

《复杂岩体结构精细描述及其工程应用》在充分掌握第一手资料的基础上，结合现代数理分析手段，立足于复杂岩体结构的精细描述，提出适用于工程的复杂岩体结构面描述体系，并进一步讨论其工程应用。《复杂岩体结构精细描述及其工程应用》共分12章。第1章至第6章主要论述岩体结构的形成机理分析，岩体结构面分级及调查技术，层间结构面分析，层内结构面工程特性研究，岩体结构的分析方法；第7章至第12章介绍了基体结构面调查与描述的普遍测网法，侧裂面调查与描述，基体结构面二维、三维连通率研究，信息复杂岩体信息系统和三维可视化模型。

开展高地应力高渗透压条件下裂隙岩体的现场与室内强度、流变和渗流试验，研究深部裂隙岩体的变形机理与破坏准则、渗透特性及水力耦合机理，建立反映深部地质环境与工程扰动效应的岩体水力耦合模型与分析方法；研究深部岩体的流变变形规律，建立高地应力高渗透压条件下裂隙岩体的流变模型与分析方法；研究深部工程岩体开挖过程的变形与渗流控制机理，提出深部岩体渗流和变形控制安全判据，为锦屏一级、二级水电站地下洞室群和引水隧洞等高地应力高渗透压条件下裂隙岩体的渗流和变形控制提供理论依据。研究成果在西部水电开发、核废料地质深层处置、深部采矿和石油开采等领域具有广阔的工程应用前景。 2100433B

可通过三个途径取得：①试块室内试验；②野外原位试验；③工程作用下岩体变形的原型观测。不论通过那种途径，都必须与岩体的地质特性，即岩性、结构、环境条件的研究相结合。试块室内试验、野外原位试验以及原型观测所取得的资料都只能代表试验、观测地点某一地质单元的工程性质。因此，综合性地质分析是岩体的工程性质研究的基础，贯穿于研究工作的始终（见岩体力学试验和测试）。2100433B