工程巖體經(jīng)受過復雜的地質作用后，其內部存在不同規(guī)模、性質各異的地質結構面（斷層、節(jié)理、裂隙），這些確定性或隨機的結構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)崩塌滑坡地質災害?；陔x散塊體的非連續(xù)計算方法是解決該問題的有力武器，比如關鍵塊體理論（KBT）、非連續(xù)變形分析(DDA)方法與數(shù)值流形方法（NMM）等，這些方法應用的前提是實現(xiàn)復雜巖石塊體系統(tǒng)幾何特征的顯式表達，這也是阻礙三維非連續(xù)計算方法發(fā)展的關鍵壁壘之一。

　　本研究基于地質調查統(tǒng)計分析，結合無人機傾斜攝影技術，獲取等高線、崩塌滾石邊界與隨機節(jié)理裂隙產(chǎn)狀等基礎數(shù)據(jù)；采用地表網(wǎng)格重構技術與三維隨機節(jié)理裂隙網(wǎng)絡模擬技術，得到表征地表與隨機結構面的幾何要素。以邊界面、確定性結構面與隨機結構面為輸入數(shù)據(jù)集合，利用組合拓撲學理論中頂點—有向邊—有向環(huán)—有向面—有向體統(tǒng)一表達凸體、凹體及具有復連通特性的塊體，采用三維計算幾何算法開展點、線、面、體之間的相關分析，實現(xiàn)塊體系統(tǒng)全空間識別，形成了一整套復雜巖體結構三維建模技術。該技術理論完備、操作簡便、分析精度高，可為KBT、DDA與NMM等三維非連續(xù)計算提供有效的地質與力學模型，主要用于典型地質災害場景分析。

　　研究成果得到國家自然科學基金面上項目（51779250，51679232）、中國科學院國際合作局國際伙伴計劃項目（131551KYSB20180042）的資助，相關研究發(fā)表在《International Journal of Geomechanics》。

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

（a）三維隨機節(jié)理裂隙網(wǎng)格生成

 （b）部分巖石塊體

圖1 復雜巖體結構三維建模技術在邊坡工程中的應用

（a）隨機節(jié)理與隧道邊界生成           （b）三維塊體系統(tǒng)識別

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

圖2 復雜巖體結構三維建模技術在隧道工程中的應用 

（文/圖 巖土工程抗震安全組）