基于单元重构的岩土工程复杂地质断层建模分析.pdf

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1、垫些』塑塑坐堕垡墅叁望型塾L———————————一!．江酉建挝勘塞皇测绘基于单元重构的岩土工程复杂地质断层建模分析■钟瑜nffi／!i有色地质勘查一队，江西鹰潭335000摘要：在岩土丁程建设中，地质断层是一种比较常见的构造，其会在一定程度上影响T程的建设，考虑到地质断层本身的复杂性，需要通过三维建模的方式，对其进行全面反映，以保证沿途工程的施工效果。本文提出了基于单元重构的岩土工程复杂地质断层建模方法，希望能够为地质断层的应对和处理提供参考。关键词：单元重构岩土工程地质断层建模断层主要是地壳岩层在应力的作用下破裂，同时沿破裂面相对移动的产

2、物，属于一种软弱地质构造，如果不能对其进行有效分析，则可能会导致工程失稳。当前，对于地质断层的研究集中在数值分析法上，取得了非常显著的成果，但是，这种分析方法的重点在于断层的计算，没有充分考虑断层的三维空间分布，在实际岩土工程中缺乏实用性。在这种情况下，可以结合单元重构的方法，进行地质断层的三维建模工作，实现对复杂地质断层的准确分析。1建模思路对于复杂地质断层的建模_T作，从单元重构的角度考虑，可以将其建模的基本思路概括为四点：(1)在不考虑地质断层的情况下，分析对象的基本布局，构建相应的模型。以水电站的地下洞室为例，虽然其空间和规模巨大，而

3、且各种洞室相互交错，但是只要借助OpenGL以及CAD等工具，可以对工作进行简化，在较短的时间内实现复杂洞室群的建模工作；(2)将地质断层考虑在内，在已经建立的模型中，针对被断层穿过的网格进行单元重构，通过离散的方式得到断层结构模型。每一次单元重构可以建入一条结构面，因此，如果需要在模拟地质断层的同时，考虑断层厚度，需要进行2次单元重构；(3)对于需要进行地质断层分析的场合，可以采用基于单元重构的方法，构建完善的地质断层模型，以此类对该方法的有效性与可靠性进行验证；(4)同样以水电站地下洞室为例，编写相应的接口程序，将之前得到的考虑了地下断层

4、的模型导人到专业的岩土工程软件中，采用实体单元对断层结构进行模拟，通过计算和分析，明确地质断层对地下洞室群结构稳定性的影响，进一步验证上述建模方法的可靠性¨-。2建模方法2．1单个结构面建模对于单个结构面，在建模过程中，可以利用六面体八节点单元，为了降低建模难度，在初始建模阶段不需要考虑地质断层问题，等到模型初步建成后，再针对地质断层的具体情况进行分析。在这个环节，暂时不需要考虑地质断层的实际延伸范围，换言之，将构成地质断层的所有结构面都看作是能够无限延伸的平面，然后在模型中针对结构面进行切割，形成若干多面体，这些多面体本身的形态非常复杂，计

5、算方式繁琐。因此，为了能够更加方便准确的对多面体的实际情况进行分析，可以在其中添加体内辅助线和面内辅助线，从实际需求考虑，将多面体划分为比较容易识别和应用的单元体，如四节点四面体、五节点四棱锥、六节点三棱柱等。划分完成后，可以进行单元重构T作。在具体操作中，单元重构环节过后，仍然存在部分单元保持八节点六面体的情况。在重构完成后，单元的总数相对较多，但是由于单元重构工作仅仅是针对地质断层穿过的单元而言，因此即使其数量有所增加，也不会超出太多，仍然在允许范围内。建模期间，可以将全自动单元重构，在降低建模难度的同时，提升建模的效率-2一。为了确保重

6、构后的模型可以在结构计算中得到有效应用，必须确保单元重构后的模型在单元交界面上，节点与棱边相互融合。通常来讲，单元重构过程中，对于所有存在结构面棱与单元面相交的情况，都必须依照规定，添加相应的辅助线，以确保单元与单元网格的有效融合。2多个结构面建模想要对复杂地质断层的实际情况进行真实模拟，就不能不考虑断·220·层的厚度，为此需要建立两个或以上的结构面模型，可以在单个结构面模型的基础上，进行多次结构面建模工作。此时，得到的模型已经具备了多种不同的单元形态，在进行多次结构面建模时，需要解决的主要问题，是非八节点六面体的单元被任意平面穿过后的单元

7、重构问题[3]。通过将八节点六面体中2、3、4个节点相互重合的方式，可以使得其退化为六节点三棱柱、五节点四棱锥和四节点四面体，在针对这些退化后的单元进行重构时，仍然可以将其看作是存在重合节点的八节点六面体，采用其存储格式，在简化建模过程的同时，完成对于退化单元的重构。考虑到在单元重构中仍然将退化单元识别为八节点六面体，则重构完成后，必然会产生部分节点共线或者共面，无法构成实体的情况。对此，需要针对新生成的单元进行检查分析，剔除上述特殊单元。检查的标准有两个，一是单元本身的体积大于0，二是单元存储格式中，存在8个节点，其中必须有超过3个节点的编

8、号不同，只有这样，才能够形成实体。2．3重构模型形态优化考虑到地质断层在岩体中分布的随意性，为了实现对地质断层重构单元的准确计算，必须针对重构后的模型进行相应的形态