岩体块体理论

块体理论中有两个基本定理，即有限性定理和可动性定理。

（1）有限性定理 设某凸块体由几个半空间的交集构成, 平移各半空间面使之通过坐标原点而形成楼锥。若棱锥为空集，则相应的凸块体有限;反之,凸块体为无限。

（2）可动性定理 若由结构面和临空面共同构成的块体锥有限，而仅由结构面构成的裂隙锥无限，则相应的块体可动。

岩体块体理论(Rock mass theory)是指将岩体视为由大量岩块构成的集合体，并对其进行平衡稳定分析的理论。

在自然状态下，这些空间块体处干静力平衡状态。当进行边坡、地基以及地下洞室的人工开挖，或对岩体施加新的荷载后。使暴露在临空面，上的某些块体失去原始的静力平衡状态，因而造成某些块体首先沿结构面滑移、失稳，进而产生连锁反应，造成整个岩体工程的破坏。由于结构面相对薄弱，一般会首先破坏，块体理论就是基于岩体的这一破坏特点，于20世纪80年代发展并完善起来的一种岩体工程稳定分析方法。它根据岩块的拓扑结构研究其有限性和可动性，再由可动岩块的静力平衡条件找出关键岩块，评价其稳定性 。

它的不足之处是只考虑了岩块的平衡条件，没有考虑岩块和结构面的变形。在块体理论的基础上，又先后出现了一些分析岩体稳定性问题的方法，如块体单元法和DDA(非连续变形分析)法等 。2100433B

块体理论概念清楚，方法简单，运用起来十分方便，适合于块状结构岩体的稳定分析。在边坡和洞室工程中，可用来选择最优的边坡走向和倾角，优选洞轴线方向和断面形状，确定不稳定岩块的坍塌形式及加固措施的固力。对采矿工程，可选择最优开挖方向，以求最佳开挖效果。

由于各种结构面(软弱夹层、裂隙、节理等)的存在，岩体并非一个均质的整体，而是被结构面切割成形态各异的岩块的集合体。

块体理论的核心就是找出临空面上的关键块体。所谓关键块体，即在外荷载和块体自重作用下，由于滑移面上的抗剪强度不足以抵御滑动力而将失稳的块体。在块体理论中先运用有限性定理判别块体是否有限，运用可动性定理判别块体是否可动。然后对可动块体进行力学分析，进一步判断哪些块体是真正的关键块体。

本项目在前期研究工作基础上，应用岩体边坡坡表岩体节理数字图像扫描技术、坡体内部微震监测技术，基于随机结构面岩体特性建立空间模型，利用自行开发研制的分析系统，搜索出的关键块体，并与块体参数标定、传统结构面测量、微震监测技术相结合，分析块体滑落过程及其力学机理。首先利用自行开发研制的块体空间结构面动态表征方法，完善岩体内部结构的三维表征；其次建立非连续岩体稳定性的块体滑落过程分析模型，开发数值模拟软件，并通过模拟室内块体模型试验的结果来进行数值方法的验证和相关参数标定；最后基于边坡岩体三维表征信息进行岩体三维建模，并根据现场监测数据实时更新模型，进行可移动块体的快速搜索和块体滑落过程分析，模拟工程扰动对边坡的响应特征，探讨边坡岩体块体滑落演化规律，为研究岩体结构和工程扰动对边坡稳定性的影响提供新的分析方法。该方法实现边坡稳定性动态分析预测，具有重大的经济效益和社会效益。

本项目开展了应用岩体边坡的坡表岩体节理数字图像扫描技术、坡体内部监测技术，基于随机结构面岩体特性建立空间模型，利用自行开发研制的分析系统，搜索出的关键块体；实现了随机结构面形成的块体参数标定、传统结构面测量、监测技术相结合，分析块体滑落过程及其力学机理。（1）利用自行开发研制的块体空间结构面动态表征方法，实现了岩体内部结构的三维表征；（2）建立了非连续岩体稳定性的块体滑落过程分析模型，开发出相应的数值模拟软件，并通过模拟室内块体模型试验的结果来进行数值方法的验证和相关参数标定；（3）基于边坡岩体三维表征信息进行岩体三维建模，并根据现场监测数据实时更新了模型，进行了可移动块体的快速搜索和块体滑落过程分析，模拟了工程扰动对边坡的响应特征，探讨了边坡岩体块体滑落演化规律，（4）提出了岩体非连续结构面贯通识别方法，进一步优化了随机结构面生成关键块体的识别，为研究岩体结构和工程扰动对边坡块体滑落分析提供新的途径。 基于项目在研期间的研究，公开发表期刊论文（已发表和接受）的论文有23篇，其中有3 篇SCI收录期刊,另1篇SCI正在出版中，9篇已被EI 收录，2篇ISTP收录。申请发表专利11项（其中关联3项），实用新型专利3项（其中关联1项）、软件著作权1项，截至目前，申请发表专利中授权5项；实审6项。已有9名硕士研究生和1名博士研究生毕业，目前有4名硕士研究生和2名博士研究生在读参与该项目的研究工作。相关成果的应用已经获得“公路工程科技创新成果三等奖”（山区高速公路施工期边坡失稳灾害监测预警技术及应用研究，中国公路建设行业协会，2015年7月31日）。 2100433B

本书在岩体注浆基础理论、模拟、设计及其分析方法等方面开展了相应研究工作。全书主要内容如下：绪论、注浆技术概论、注浆理论研究与设计方法综述、岩体注浆理论研究、岩体注浆计算机模拟研究、岩体注浆可靠性研究、岩体注浆分析的人工智能方法、结语等。

本书是作者近年来在该领域的研究成果总结，可供土木、水利、矿山、煤炭、人防、交通等系统的广大科技工作者及相关专业的高校师生、研究生参考。