D01:10.13374/i.issn1001-053x.2005.01.001 第27卷第1期 北京科技大学学报 Vol.27 No.1 2005年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2005 露天矿节理岩体三维网络模拟与概率损伤分析 王家臣”常来山2)陈亚军》肖辉) 1)中国矿业大学（北京校区），北京1000832)鞍钢集团鞍山矿业公司研究所，鞍山114002 摘要针对鞍钢眼前山露天铁矿南帮节理岩体边坡的结构特征，应用Monte-Carlo随机模 拟原理，进行南帮边坡岩体的三维节理网络模拟，直观地展示了岩体的空间信息，基于岩体 损伤力学的基本原理与三维节理网络的计算机模拟技术，探讨了节理岩体损伤张量随机矩 阵概率分布规律.结果表明，眼前山铁矿南帮岩体概率损伤张量矩阵的元素均服从正态分布 关键词露天可矿：节理岩体；网络模拟：概率损伤：随机矩阵 分类号TD824.7 岩体内部含有大量的断续节理裂隙，构成了 如表1所示.迹长的分布规律：A区均值1354.8 岩体的初始几何损伤，由于节理损伤的影响以及 mm,标准差1245.2mm:B区均值1316.7mm,标准 在露天矿开挖卸荷作用下的损伤演化，导致岩体 差1258.5mm:均服从对数正态分布. 力学性质呈现不连续性、非均质性和各向异性， 表1眼前山铁矿南帮节理倾向和倾角 岩体的强度和内部裂隙分布等在空间上均具有 Table 1 Joint dip directions and joint dip angles of the 随机性，其损伤是一种概率损伤.岩体节理网络 south slope of Yangianshan Open Iron Mine 计算机模拟是近代计算机技术在岩石力学领域 节理倾向 节理倾角 应用的一个重要方面，是研究岩体内大量节理裂 各区节理组 均值/()标准差/()均值()标准差) 隙随机分布规律的有效手段.基于岩体损伤力学 A区2-1组 291.1 48.6 57.3 22.1 的基本原理与三维节理网络的计算机模拟技术， A区2-2组 42.2 28.9 67.5 16.2 研究探讨节理岩体损伤张量随机矩阵的概率分 B区2-1组 55.9 29.3 63.8 16.8 B区2-2组331.2 36.6 64.8 布规律，对评价岩体边坡的稳定性具有重要的科 21.2 注：分布类型均为正态分布 学意义与实用价值. 2三维节理网络模拟 1眼前山铁矿南帮岩体节理分布 规律 岩体三维节理网络的计算机模拟，实质为根 据实测统计分析建立的关于结构面各几何特征 眼前山铁矿南帮边坡长约2000m,依岩体性 参数的概率密度函数，应用Monte-Carlo法，按已 质、结构、节理分布状况及边坡空间形态，南帮边 知密度函数进行“采样”，得出与实际分布函数相 坡从东至西可分为A、B两个工程地质分区（以中 “平行”或相“对应”的人工随机变量.这些随机变 部边坡转折处的正长斑岩岩脉为分界线).南帮 量包括结构面的倾向和倾角、结构面的长度以及 边坡岩性为混合岩，基本特征是节理发育，岩石 结构面位于模拟区域内的中点坐标等，进而可以 块体强度较高，即属于由发育的节理切割成的碎 推算出每一条结构面在模拟区域中的中心坐标。 裂岩体结构.根据节理调查、聚类分组及统计分 所有这些结构面组合起来即构成了岩体节理面 析，A区、B区均发育有两组优势节理，倾向、倾角 的三维网络图像，) 2.1节理圆盘的中心 收稿日期：200403-30修回日期：200411-11 节理空间形态采用Beacher圆盘节理模型， 基金项目：国家自然科学基金资助项目0N0.50274069)及教有部 高等学校优秀青年敦师教学科研奖励计划 统计结果表明，节理圆盘中心位置的分布在统计 作者简介：王家臣(1963-)，男，教授，博士 区域内为均匀分布，第 ￾， 卷 第 ￾期 ￾￾￾￾年 ￾ 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾’￾卜￾￾￾￾￾ ￾￾￾加￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾ 露天矿节理岩体三维 网络模拟与概率损伤分析 王 家 臣 ” 常来 山 ’ ，，， 陈 亚 军 ” 肖 辉 ￾， ￾￾中国矿业大学 ￾北 京校 区 ￾ ， 北 京 ￾￾￾￾￾￾ ￾￾鞍 钢 集 团鞍 ￾ 矿 业 公 司 研 究所 ， 鞍 山 ￾￾￾￾￾￾ 摘 要 针对鞍钢 眼 前 山 露天 铁矿 南 帮节 理岩 体边坡 的结 构特 征 ， 应用 ￾￾￾￾曰￾￾￾ 随 机模 拟 原理 ， 进行 南帮 边坡 岩 体 的三 维 节 理 网络 模拟 ， 直 观 地 展 示 了岩 体 的空 间信 息 ￾ 基 于 岩体 损伤力 学 的基 本 原 理 与三 维节 理 网 络 的计 算机模拟 技术 ， 探讨 了节 理 岩体 损伤张量 随 机矩 阵概率分布规律 ￾ 结果表 明 ， 眼 前 山铁矿 南帮岩体概率损 伤 张量矩 阵的元 素均服 从 正态 分布 ￾ 关键词 露天 矿 ￾ 节 理 岩 体 ￾ 网络 模拟 ￾概率 损伤 ￾ 随机 矩 阵 分 类号 ￾￾ ￾￾￾ 岩 体 内部含 有 大 量 的断续 节 理 裂 隙 ， 构成 了 岩 体 的初 始几 何 损伤 ￾ 由于节 理损 伤 的影 响 以及 在露 天矿 开挖 卸荷 作 用 下 的损伤 演 化 ， 导致 岩 体 力学性质 呈现 不连续性 、 非均 质性和 各 向异 性川 ￾ 岩 体 的强 度 和 内部 裂 隙分 布 等 在 空 间 上 均 具 有 随机性 ， 其 损伤 是 一 种 概率 损 伤 ￾ 岩 体 节 理 网络 计 算机 模 拟 是 近 代 计 算 机 技 术 在 岩 石 力 学 领 域 应 用 的一 个 重要 方 面 ， 是研 究岩体 内大 量 节 理裂 隙 随机 分布 规 律的有 效 手段 ￾ 基 于岩 体损伤 力学 的基 本原 理 与三 维节 理 网络 的计 算机 模拟 技术 ， 研 究 探 讨 节 理 岩 体 损 伤 张 量 随机 矩 阵 的概 率 分 布 规律 ， 对 评 价 岩 体边 坡 的稳 定性 具有 重要 的科 学 意 义 与 实 用 价值 ￾ 如 表 ￾所 示 ￾ 迹 长 的分 布 规 律 ￾ ￾ 区均 值 ￾￾￾￾ ￾以们￾， 标 准 差 ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾ 区均值 ￾￾￾￾ ￾ ￾￾。幻。， 标准 差 ￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾ 均 服 从 对 数 正 态 分 布 ￾ 表 ￾ 眼 前 山铁 矿 南帮节理倾 向和 倾 角 ￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾肠￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾妞。￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾功￾ ￾￾￾￾ 各 区节理 组 节 理 倾 向 节 理倾 角 均值￾￾标准 差￾￾ 均值￾￾标准差￾￾ ￾ 区 ￾ 一 ￾组 ￾ 区 ￾ 一￾组 ￾ 区 ￾ 一 ￾组 ￾ 区 ￾ 一￾组 ￾￾￾ ， ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ， ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ， ￾ ￾￾ ‘ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ 注￾分布类型均为正态分布 ￾ 眼 前 山铁矿 南帮岩体 节理 分 布 规 律 眼 前 山铁 矿 南 帮边坡 长 约 ￾￾￾ ￾ ， 依 岩 体 性 质 、 结构 、 节 理 分 布状 况 及边坡 空 间形态 ， 南 帮边 坡 从 东至 西 可 分 为￾ 、 ￾两 个 工 程 地 质 分 区￾以中 部 边 坡 转 折 处 的正 长 斑 岩 岩 脉 为分 界线 ￾ ￾ 南 帮 边 坡岩 性 为混 合 岩 ， 基 本特 征 是 节 理 发 育 ， 岩 石 块 体 强度 较 高 ， 即属 于 由发 育 的节 理 切 割 成 的碎 裂 岩 体 结构 ￾ 根 据 节 理 调 查 、 聚 类 分 组 及 统 计 分 析 ， ￾ 区 、 ￾ 区均发育有两 组 优 势节 理 ， 倾 向 、 倾角 收稿 日期 ￾ 基金项 目 ￾ 作者 简介 ￾ ￾￾￾￾刁￾一￾ 修 回 日期 ￾￾￾￾小￾￾一 ￾￾ 国家 自然科学 基金 资助项 目《￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ 及 教 育部 高等 学校优秀青年 教师教学科研 奖励计划 王 家 臣 ￾￾￾￾一￾ ， 男 ， 教授 ， 博 士 ￾ 三 维 节理 网络 模 拟 岩 体 三 维 节 理 网络 的计 算机 模 拟 ， 实质 为根 据 实测 统 计 分 析 建 立 的 关 于 结 构 面 各 几 何 特 征 参 数 的概 率 密度 函 数 ￾ 应 用 ￾￾￾￾￾曰￾￾￾ 法 ， 按 己 知 密 度 函 数 进 行 “ 采 样 ” ，得 出与 实 际分 布 函数 相 “ 平 行 ” 或 相 “ 对 应 ” 的人 工 随机变量 ￾ 这些 随机变 量 包 括 结构 面 的倾 向和倾角 、 结 构 面 的长 度 以及 结 构 面位 于模 拟 区 域 内的 中 点坐 标 等 ，进 而 可 以 推算 出每 一 条结 构面 在模 拟 区 域 中的 中心 坐 标 ￾ 所 有 这 些 结 构 面 组 合 起 来 即 构 成 了岩 体 节 理 面 的三 维 网络 图像侈 · ” ￾ ￾￾ 节理 圆盘 的 中心 节 理 空 间形 态 采 用 ￾￾￾￾￾ 圆盘 节 理模 型 ￾ 统 计 结 果表 明 ， 节 理 圆盘 中心位 置 的分 布 在 统计 区 域 内为 均 匀分布 ￾ ＤＯＩ：１０．１３３７４／ｊ．ｉｓｓｎ１００１－０５３ｘ．２００５．０１．００１