工程岩体经受过复杂的地质作用后，其内部存在不同规模、性质各异的地质结构面（断层、节理、裂隙），这些确定性或随机的结构面彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等和成分各异的岩石块体。岩石块体系统在环境与工程作用下往往容易诱发崩塌滑坡地质灾害。基于离散块体的非连续计算方法是解决该问题的有力武器，比如关键块体理论（KBT）、非连续变形分析(DDA)方法与数值流形方法（NMM）等，这些方法应用的前提是实现复杂岩石块体系统几何特征的显式表达，这也是阻碍三维非连续计算方法发展的关键壁垒之一。
本研究基于地质调查统计分析，结合无人机倾斜摄影技术，获取等高线、崩塌滚石边界与随机节理裂隙产状等基础数据；采用地表网格重构技术与三维随机节理裂隙网络模拟技术，得到表征地表与随机结构面的几何要素。以边界面、确定性结构面与随机结构面为输入数据集合，利用组合拓扑学理论中顶点—有向边—有向环—有向面—有向体统一表达凸体、凹体及具有复连通特性的块体，采用三维计算几何算法开展点、线、面、体之间的相关分析，实现块体系统全空间识别，形成了一整套复杂岩体结构三维建模技术。该技术理论完备、操作简便、分析精度高，可为KBT、DDA与NMM等三维非连续计算提供有效的地质与力学模型，主要用于典型地质灾害场景分析。
研究成果得到国家自然科学基金面上项目（51779250，51679232）、中国科学院国际合作局国际伙伴计划项目（131551KYSB20180042）的资助，相关研究发表在《International Journal of Geomechanics》。
论文链接：https://ascelibrary.org/doi/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001522
（a）三维随机节理裂隙网格生成
（b）部分岩石块体
图1 复杂岩体结构三维建模技术在边坡工程中的应用
（a）随机节理与隧道边界生成 （b）三维块体系统识别
（c）隧道开挖模型 （d）开挖表面的岩石块体
图2 复杂岩体结构三维建模技术在隧道工程中的应用
（文/图 岩土工程抗震安全组）
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