岩体随机结构面二维网络模拟系统研制及应用

摘要

随着计算机技术的快速发展和计算机普及程度的迅速提高，基于概率论和数理统计理论的随机结构面网络模拟技术也相应得到了一定程度上的应用和发展，同时也诞生了很多以Monte Carlo法为基础的随机结构面网络模拟计算机程序。但是，这些随机结构面网络模拟方法及计算程序依然存在一些不足。如传统岩体随机结构面二维网络模拟技术中未考虑间距的概率分布模型，计算机程序具有开发平台老，开发语言老，界面交互差，数据管理复杂，图形不可矢量化等缺陷。因此，解决随机结构面网络模拟技术中存在的方法问题和计算机软件缺陷是必要的。
　　本文通过对传统岩体随机结构面二维网络模拟方法及分段法适用性进行讨论，获得了有益的随机结构面二维网络模拟结论，并以此结论为基础，开展岩体随机结构面二维网络模拟系统（RDNS-2D系统）的总体设计、数据库设计、功能模块的设计，最后将RDNS-2D系统应用于松塔水电站坝址区PD212平硐的相关计算。具体研究内容及成果如下:
　　(1)通过采用传统的二维网络模拟方法对一个实例样本的模拟计算发现，结构面倾向、倾角、迹长的模拟结果符合实际，而间距的模拟结果则与实际不符。在结构面倾向服从正态分布、倾角及迹长服从对数正态分布，且结构面中点分布均匀的前提下，模拟所得间距分布为负指数形式。传统的二维网络模拟仅适用与结构面均匀分布的情况。
　　(2)通过对传统二维网络模拟所存在问题的分析，本文提出了针对结构面分布不均匀情况的“全段统计—分段模拟”的改进方法。即在完成整个区域（全段）特征参数统计后，对每个均质区段，按均匀分布假设，并用该区段结构面条数控制，生成该区段的结构面网络，最后将各区段结构面网络迭加。理论上，如区段取得足够小，全段结构面分布将逼近实际情况。经过不同段长(100m、50m、20m、10m、5m、2m)的系列模拟检验分析，当段长取2m的时候，全段结构面分布接近实际分布（本文所选实例中间距的概率分布模型为对数正态分布）。
　　(3)本文开发研制了集随机结构面几何数据管理、统计分析、二维网络模拟、连通率计算于一体的岩体随机结构面二维网络模拟系统（RDNS-2D），该系统具有如下特点:
　　①RDNS-2D系统实现了基于“全段统计—分段模拟”方法的随机结构面二维网络模拟，可以实现结构面非均匀分布情况的二维网络模拟;
　　②RDNS-2D系统集成结构面几何数据管理、概率分布模型确定、概型分布模型特征参数求解、概率分布模型K-S检验、二维网络模拟、连通率计算等功能于一体，使用方便;
　　③RDNS-2D系统基于微软.NET框架开发，RDNS-2D系统运行时，仅需在计算机操作系统（Windows操作系统）上安装.NET Framework4.0及以上版本，RDNS-2D系统便可运行，降低了系统对计算机操作系统及硬件环境的依赖;
　　④RDNS-2D系统采用面向对象编程语言VB.NET开发，维护方便，扩展容易;
　　⑤RDNS-2D系统界面友好，交互方便，且图形—数据并存，数据提取方便，图形展示直观;
　　⑥RDNS-2D系统二维网络模拟模块生成的结构面数据，可以一键生成AutoCAD矢量图形，直观再现结构面的分布情况。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究历史与现状

1．2．1 结构面几何特性研究

1．2．2 随机结构面网络模拟研究

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 主要思路及技术路线

1．3．2 主要研究内容

第2章 传统的随机结构面二维网络模拟方法及改进

2．1 传统随机结构面二维网络模拟方法的原理及存在的问题

2．1．1 概述

2．1．2 基本假设

2．1．3 随机结构面二维网络模拟步骤

2．1．4 存在的问题

2．2 传统随机结构面二维网络模拟方法适用性讨论

2．2．1 平硐选取

2．2．2 结构面产状分组

2．2．3 概率分布模型及特征参数统计

2．2．4 概率分布模型检验

2．2．5 传统的结构面二维网络模拟

2．2．6 模拟结果和实测结果对比

2．2．7 模拟与实测结果差异原因分析及传统模拟适用性

2．3 分段法的提出及适用性讨论

2．3．1 分段法的提出

2．3．2 不同段长下的二维网络模拟结果

2．3．3 不同段长下的二维网络模拟结果讨论

2．4 本章小结

第3章 RDNS-2D系统总体设计

3．1 功能需求分析

3．2 系统功能及模块划分

3．3 系统架构设计

3．4 系统开发环境及运行环境

3．5 本章小结

第4章 RDNS-2D系统数据库设计

4．1 概述

4．2 RDNS-2D系统数据库需求分析

4．3 RDNS-2D系统数据库概念结构设计

4．4 RDNS-2D系统数据库逻辑结构设计

4．5 RDNS-2D系统数据访问层组件设计

4．5．1 ConnSqlServer命名空间设计

4．5．2 GetDataSet函数设计

4．5．3 RunSql函数设计

4．6 RDNS-2D系统业务逻辑层组件设计

4．6．1 概述

4．6．2 用户信息类

4．6．3 GetUserInfo函数设计

4．7 本章小结

第5章 RDNS-2D系统功能模块设计

5．1 系统管理模块设计

5．1．1 系统管理模块流程图

5．1．2 系统管理模块窗体设计与控件布局

5．1．3 系统管理模块的核心实现代码

5．2 数据库管理模块设计

5．2．1 数据库管理模块流程图

5．2．2 数据库管理模块窗体设计与控件布局

5．2．3 数据库管理模块的核心实现代码

5．3 随机结构面统计分析横块设计

5．3．1 随机结构面统计分析模块流程图

5．3．2 随机结构面统计分析模块窗体设计与控件布局

5．3．3 随机结构面统计分析模块的核心算法及实现代码

5．4 随机结构面二维网络模拟模块设计

5．4．1 随机结构面二维网络模拟模块流程图

5．4．2 随机结构面统二维网络模拟模块窗体设计与控件布局

5．4．3 随机结构面二维网络模拟模块的核心算法及实现代码

5．5 连通率计算模块设计

5．5．1 连通率计算模块流程图

5．5．2 连通率计算模块窗体设计与控件布局

5．5．3 连通率计算模块的核心算法及实现代码

5．6 本章小结

第6章 RDNS-2D系统的应用

6．1 松塔水电站坝址区工程概况

6．2 PD212平硐随机结构面的概率分布模型及特征参数

6．3 PD212平硐随机结构面二维网络模拟

6．3．1 参数设置

6．3．2 数据对比分析评价

6．3．3 图形对比分析评价

6．4 PD212平硐随机结构面的连通率计算

6．4．1 参数设置

6．4．2 计算结果分析评价

6．5 本章小结

结论与展望

1 结论

2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果