裂隙岩体三维网络流的渗径搜索

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1、吉林大学硕j学位论文z如3年5月摘要岩体中结构面的不连续性、岩体介质的非均质性、各向异性及处于一定的地质环境状态下导致岩体中的地下水运动具有不连续性，渗透具有非均质性、各向异性及与应力相互影响的特点。因此，研究岩体中的渗流不能直接采用松散的土体中渗流的研究方法。当前，数学模型已成为研究岩体渗流的主要途径之一。岩体裂隙渗流的数学模型大致可以概括为三种:(1)连续介质数学模型;ca)非连续介质数学模型:(3)双重介质数学模型。非连续介质数学模型(即岩体裂隙网络系统渗流模型)以真实裂隙网络展布为基础，用裂隙水力学参数和几何参

2、数(如裂隙产状、裂隙间距和隙宽等)来表征裂隙岩体内渗透空间结构的具体布局。当仅考虑裂隙的渗透性能时，即可按实际裂隙的几何展布，建立裂隙网络非连续介质渗流模型。研究岩体的水力学特性，关键问题是要弄清岩体的结构特征。今年来迅速发展并成熟起来的随机不连续面三维网络模拟理论，通过对岩体中的随机不连续面如节理、裂隙等进行模拟，可以构筑出随机不连续面在三维空间中的分布状态，从而为裂隙网络渗流问题的研究提供物理基础。论文从岩体水力学的学科性质和特点出发，划分了渗流的介质类型;系统总结了岩体系统网络渗流的国内外研究历史与现状;并结合云

3、南省澜沧江糯扎渡水电站工程实例，在介绍了工程概况和坝区工程地质条件的基础上，完成了以下五个方面的工作:(1)在大量野外地质调查T作的基础上，对坝址右岸中低程的201平酮中节理等不连续面的产状、迹线大小进行了统计;运用随机不连续面三维网络计算机模拟技术模拟构造裂隙系统的空间结构，为研究岩体水力学问题提供岩体空隙结构的物理背景，建立了研究区内岩体结构的三维网络模型，得到节理迹线在三维空间中的分布;并根据不连续面在其走向方向的长度和其倾向的长度大致相等的统计规律，出于数学上可简化的原因表征为薄圆盘。tz}基于空间解析几何和计

4、算几何知识，提出了空间两个圆盘相交的三种模式;建立了空间任意两个圆盘相交与否的距离判别算法—即通吉林大学硕士学位论文2003年5月过确定圆盘法向量、圆盘间交线的方向矢量及交线上一点的坐标，算出圆心到交线的距离，判断出该距离与圆盘半径的大小关系;对于该距离小于半径的圆盘，求出交线在圆盘上的两个端点及交线端点到对盘圆心的距离，通过判断该距离与对盘半径的大小关系来逐步判定两个圆盘间的相互位置关系。(3)依据拓扑变换不变性，对裂隙间相互位置关系的表示建立了图论的数学模型;在介绍了图论的相关基本概念，图的邻接矩阵和邻接表两种存储

5、表示方法的基础上，提出了图的基本运算和操作，如图的顶点结构定义、边结构定义、顶点访问标志定义、边与顶点的插入、边与顶点的删除、顶点的结点度统计、图的深度优先遍历策略、图的简单路径搜索等等。(4)在确定圆盘法向矢量、圆盘所在平面与截面交线的方向矢量和交线上一点坐标的基础上，联立截面方程、圆盘所在平面方程和球面方程建立相应的一元二次方程;通过对方程判别式正负关系的判断，求出与渗流边界面相交的圆盘数量和编号，得到搜索过程中的起始和终止边界条件。(5)基于求得的圆盘间相互位置关系的数据表示，建立无向带权图的数学模型，并在计算机

6、中实现图的邻接矩阵和邻接表存储方式表示;在进行了非连通图的连通分量判定、顶点的结点度统计、孤立裂隙和死端裂隙的删除等一系列操作，大大简化图论模型和缩小搜索空间后，实现了深度优先策略上的三维网络流渗径计算机搜索，并对不同算法的复杂度进行了简要分析和讨论。关键词:岩体水力学三维网络模拟深度优先搜索渗径,I)吉林人学硕}:学位论文2003年5月SearchForSeepagePathOF3-DNetworkInFracturedRockMassAbstractDuetodiscontinuityofthestructural

7、planeinrockmass,heterogeneousandanisotropyofrockmassmedia,aswellastinderanspecificallygeologicalenvironment,themotionofthegroundwaterinrockmasshasthecharacterofdiscontinuity.Andtheseepagehasthecharacterofheterogeneous,anisotropy,aswellasmutualefectingwiththestre

8、ssofrockmass.Asaresult,theresearchmethodonseepagetoincompactsoilmassisnotfitfortheseepageinrockmass.Nowthemathematicalmodelresearchonseepageinrockmassisapredominateme