具体描述
《岩体结构面三维网络模拟理论与工程应用》主要内容：介绍岩体结构面三维网络模拟的原理、方法及工程应用。共分8章。主要内容包括结构面的成因、地质特征和几何描述；结构面发育的随机性特征；结构面采样和概率模型构建方法；结构面三维网络模拟的原理、步骤和主法；结构面三维网络模拟在评价岩体工程性质、搜索洞室可动块体、确定岩质边坡破坏面等方面的应用。
岩体结构面三维网络模拟理论与工程应用 图书简介 本书聚焦于现代岩土工程领域的前沿课题——岩体结构面三维网络模型的构建、表征及其在工程实践中的应用。全书系统梳理了从基础理论到复杂数值模拟，再到实际工程案例分析的全过程，旨在为岩土工程师、地质学家以及相关领域的研究人员提供一套严谨、实用的方法论和技术工具。 第一部分：理论基础与几何描述 本部分首先深入探讨了岩体结构面的地质成因、分类体系及其在控制岩体工程力学响应中的核心作用。结构面的产状（倾向、倾角）、密度、尺寸、连通性和几何形态是构成岩体复杂性的基本要素。 结构面的统计学描述： 详细阐述了野外调查数据获取的误差控制、结构面集合的统计分布模型（如泊松分布、集中分布）以及结构面网络密度指标（如$P_i$值、结构面密度$N_{sf}$）的精确计算方法。重点剖析了描述结构面集合空间分布的随机场理论基础。 三维空间几何表征： 介绍了如何将离散的、不规则的结构面转化为可用于数值计算的几何实体。内容涵盖了基于点云数据的三角剖分技术、基于GIS/RS数据的空间插值方法，以及描述结构面空间关系的拓扑学原理（如相邻关系、交线追踪）。特别强调了离散裂隙网络（DFN）模型的建立流程，包括裂隙的起点、终点、法向量、张开度等关键参数的数字化处理。 第二部分：网络模型的构建与演化 本部分是全书的核心技术章节，详细介绍了如何从宏观地质信息过渡到微观的、可计算的三维网络模型。 随机网络生成算法： 详尽阐述了多种主流的随机三维网络生成算法，包括基于随机路径生成法、基于泊松过程的空间嵌入法。重点对比了这些算法在保证几何保真度与计算效率之间的权衡。讨论了如何通过引入非均匀性因子和各向异性约束，使生成的网络模型更贴近真实地质体的结构特征。 网络连通性分析： 结构面的连通性是决定岩体宏观渗透性和稳定性的关键。本章引入了图论和网络拓扑学的概念，用于分析网络中的单元体（岩块）数量、平均自由路径长度、渗透性通道的识别。介绍了基于渗流理论的方法来评估网络在不同应力状态下的连通性变化。 应力-结构面交互作用： 探讨了外部荷载（如开挖、地震）作用下，结构面网络如何发生几何演化。包括裂隙的闭合、张开、扩展和剪切滑移的机制。引入了基于接触面模型（Contact Model）的数值模拟方法，用以描述结构面上的非线性应力-位移关系。 第三部分：数值模拟与宏观力学行为 本部分将前述的三维网络模型应用于宏观岩体工程力学的模拟与预测。 多尺度模拟方法： 明确区分了离散元法（DEM）、扩展有限元法（XFEM）和基于结构面网络的有限元/离散元耦合方法（FEM/DEM Hybrid）在岩体工程中的适用性。重点讲解了如何利用三维网络模型作为输入，直接驱动DEM或XFEM的计算域，实现对岩体变形、破坏过程的精细化模拟。 岩体强度与变形参数的确定： 阐述了如何通过对代表性体积单元（RVE）尺度的网络模型进行一系列标定性加载试验，反演出等效连续介质所需的宏观强度参数（如内摩擦角、粘聚力、变形模量）。这一过程有效解决了传统经验公式在结构面产状复杂情况下的局限性。 渗流与力耦合分析： 深入研究了水-岩体结构面网络间的耦合作用。包括水压力对结构面有效应力的影响、裂隙内水的渗流速度计算（考虑非线性渗流效应），以及在水力压裂或地下水降深背景下，结构面网络失稳的判据。 第四部分：工程应用实例 本书的最后一部分展示了三维网络模拟技术在实际岩土工程中的具体应用案例，以验证理论和方法的有效性。 边坡稳定性分析： 针对复杂结构面条件下的高边坡，利用三维网络模型模拟了潜在滑面群的形成过程，预测了不同降雨或地震荷载下的极限平衡条件和失稳模式，并提出了针对性的加固建议。 地下洞室围岩控制： 针对深埋隧道和硐室，分析了结构面网络与开挖扰动场之间的相互作用。重点讨论了如何通过网络模拟来优化支护参数（如锚杆的长度、间距和预应力），以控制围岩的松弛和收敛变形。 地热/油气开采中的渗透性评价： 在能源工程中，结构面网络是控制储层渗透性的主要因素。本章展示了如何利用DFN模型进行流体流动模拟，评估工程活动（如注水、压裂）对原有网络连通性和有效渗透率的影响。 本书内容结构严谨，理论阐述详实，结合大量的工程算例和图件，是理解和掌握岩体结构面三维网络模拟技术的权威性参考资料。
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