工程巖體經(jīng)受過(guò)復(fù)雜的地質(zhì)作用后，其內(nèi)部存在不同規(guī)模、性質(zhì)各異的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面（斷層、節(jié)理、裂隙），這些確定性或隨機(jī)的結(jié)構(gòu)面彼此組合將巖體切割成形態(tài)不一、大小不等和成分各異的巖石塊體。巖石塊體系統(tǒng)在環(huán)境與工程作用下往往容易誘發(fā)崩塌滑坡地質(zhì)災(zāi)害。基于離散塊體的非連續(xù)計(jì)算方法是解決該問(wèn)題的有力武器，比如關(guān)鍵塊體理論（KBT）、非連續(xù)變形分析(DDA)方法與數(shù)值流形方法（NMM）等，這些方法應(yīng)用的前提是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜巖石塊體系統(tǒng)幾何特征的顯式表達(dá)，這也是阻礙三維非連續(xù)計(jì)算方法發(fā)展的關(guān)鍵壁壘之一。

　　本研究基于地質(zhì)調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，獲取等高線、崩塌滾石邊界與隨機(jī)節(jié)理裂隙產(chǎn)狀等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；采用地表網(wǎng)格重構(gòu)技術(shù)與三維隨機(jī)節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)，得到表征地表與隨機(jī)結(jié)構(gòu)面的幾何要素。以邊界面、確定性結(jié)構(gòu)面與隨機(jī)結(jié)構(gòu)面為輸入數(shù)據(jù)集合，利用組合拓?fù)鋵W(xué)理論中頂點(diǎn)—有向邊—有向環(huán)—有向面—有向體統(tǒng)一表達(dá)凸體、凹體及具有復(fù)連通特性的塊體，采用三維計(jì)算幾何算法開(kāi)展點(diǎn)、線、面、體之間的相關(guān)分析，實(shí)現(xiàn)塊體系統(tǒng)全空間識(shí)別，形成了一整套復(fù)雜巖體結(jié)構(gòu)三維建模技術(shù)。該技術(shù)理論完備、操作簡(jiǎn)便、分析精度高，可為KBT、DDA與NMM等三維非連續(xù)計(jì)算提供有效的地質(zhì)與力學(xué)模型，主要用于典型地質(zhì)災(zāi)害場(chǎng)景分析。

　　研究成果得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51779250，51679232）、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作局國(guó)際伙伴計(jì)劃項(xiàng)目（131551KYSB20180042）的資助，相關(guān)研究發(fā)表在《International Journal of Geomechanics》。

　　論文鏈接：https://ascelibrary.org/doi/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001522

（a）三維隨機(jī)節(jié)理裂隙網(wǎng)格生成

 （b）部分巖石塊體

圖1 復(fù)雜巖體結(jié)構(gòu)三維建模技術(shù)在邊坡工程中的應(yīng)用

（a）隨機(jī)節(jié)理與隧道邊界生成           （b）三維塊體系統(tǒng)識(shí)別

    （c）隧道開(kāi)挖模型               （d）開(kāi)挖表面的巖石塊體

圖2 復(fù)雜巖體結(jié)構(gòu)三維建模技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用 

（文/圖 巖土工程抗震安全組）