随机结构面切割岩质边坡空间块体模型及关键块体分析

在现场结构面非接触摄影技术采集的基础上,提出基于虚拟网格的、采用随机结构面切割岩体的方法,建立了岩质边坡空间块体模型.并将该模型接入作者团队自主开发研制的三维数值分析系统GeoSMA-3D,进行岩质边坡关键块体搜索和分析.算例表明:该模型具有可以动态添加结构面、易于建立复杂岩体边坡几何模型等优点,并对辽宁某边坡进行了关键块体分析.     

基于覆盖技术的块体搜索及程序开发

基于单元块体间相互覆盖构建独立块体的原理,探讨块体搜索问题.研究了同向面、异向面的覆盖原理和方法,给出了包括三维结构面网格划分、结构面与边界面的交线分析、关键块体搜索等切割搜索过程.提出一种基于覆盖技术的块体搜索新方法,并将该搜索技术接入自主开发的三维数值分析系统GeoSMA-3D,进行块体搜索.同时,通过工程实例进一步验证了覆盖技术的有效性和软件GeoSMA-3D的优越性.     

复杂岩体边坡关键块体搜索及开挖支护

采用非接触摄影测量技术采集某高速公路工程边坡岩体的结构面信息,导入自行开发的GeoSMA-3D系统,建立该边坡三维数值模型,从几何学角度搜索出其关键块体.用三维离散元数值计算软件3DEC模拟该边坡工程的开挖过程以及锚索支护后的开挖过程.结果表明,本岩质边坡工程开挖后,引起岩体内部应力重分布,坡体有大范围的剪切塑性区,位移矢量、速度矢量大量集中在开挖面附近的节理上,矢量的方向偏向于临空面,并呈现逐渐增加趋势,整体稳定性较差,若不对边坡采取适当支护措施,必将发生边坡整体失稳破坏;在锚索支护后,边坡的潜在滑移面被控制,边坡整体处于稳定状态.     

基于空间块体表征的岩质边坡稳定性综合评价

将关键块体理论与模糊理论相结合,对于岩质边坡的稳定性进行了综合评价.选取抚顺露天矿南帮典型坡段,对岩坡的物理力学参数进行测定,并运用自主研发的关键块体搜索系统——GeoSMA-3D (Geotechnical Structure and Model Analysis-3D)进行关键块体的搜索与表征,根据表征特点进行评价参数的选择,最后运用基于AHP的模糊综合评价技术,引入总体稳定性系数,对边坡稳定性进行了客观定量的评价.最后通过VTK技术实现了边坡稳定性可视化平台的构建,为后续的边坡加固及灾害防治提供了可靠依据.     

工程岩体开挖过程全空间块体搜索及其系统研制

在现场结构面非接触摄影技术采集的基础上,探讨岩体扰动区内所有块体的全空间切割与搜索问题,给出了包括三维结构面网络模拟、结构面与边界面的交线分析、封闭块体搜索等切割搜索过程,提出一种新的块体识别新方法.并将该搜索技术接入用自行开发研制的三维数值分析系统GeoSMA-3D,进行岩体开挖过程全空间块体搜索研究.工程算例表明:该系统具有可以动态添加结构面,适合建立开挖过程复杂几何模型等优点,系统通过人机交互界面或文件形式进行数据输入,计算结果图形化显示,并与AutoCAD等通用图形软件接口,可方便实现软件操作使用.     

岩体结构面精细化空间模型及块体失稳分析

提出了将确定性结构面与随机结构面相结合来模拟岩体结构面的方法.确定性结构面依据工程地质勘测等资料通过多源数据耦合获得;而随机结构面则根据采用数字摄像测量技术现场测量的数据,运用三维网络模拟技术生成.同时引入结构面动态校核机制,利用掘进开挖过程中不断测量得到的数据对模拟的结构面进行动态校核及实时调整,从而建立比较精细的结构面空间模型.基于上述结构面模型,采用作者自行研发的GeoSMA-3D系统可以搜索出失稳块体,这对工程岩体稳定性预报和动态设计施工都有重要意义.     

基于多约束DSI算法的GeoSMA-3D程序改进

针对传统边坡体建模精确度不高的问题，引入多约束离散平滑插值(discrete smooth interpolation, DSI)算法，通过改进团队自主研发的三维数值分析系统GeoSMA-3D,获得多约束DSI拟合建模新模块.利用原始钻孔和物探数据辅以离散结构面信息对边坡整体进行插值，通过互异的约束条件对不同特征的地质对象进行标定，进而采用改进的修正函数对边坡体进行拟合建模，通过高精度的三维边坡体模型获取结构面信息并进行聚类分组.结果表明：该方法提高了离散介质岩体分析的准确性，具有较好的理论意义及工程应用价值.     

山区风电临坡圆形基础倾覆失稳对坡体变形的影响

山区风电塔架均修建于山区丘陵坡顶。若风电基础倾覆失稳,将对边坡稳定性造成影响。通过数值模拟方法,研究了临坡圆形基础倾覆失稳引起的边坡土体变形,讨论了基础直径、边坡角对坡体变形的影响。结果表明：坡面隆起随基础直径增大使坡面隆起量增大,随临坡距增大而减小,临坡距e/D=3（e为基础边缘距离边坡距离,D为基础直径）较e/D=5时最大隆起值增大了143%。此外,边坡角增大不仅使坡面隆起增加,而且边坡土体变形范围增大。讨论了基础转动点与基础临坡距离之间的关系,发现圆形基础的转动点位置随临坡距增加呈先上升后下降的趋势。     

基于HDBSCAN算法的岩体结构面产状识别及分组方法

精准获取岩体结构面的产状信息是进行岩体稳定性分析工作的首要和关键步骤.针对基本DBSCAN算法在处理点云数据时存在聚类判据不足、参数敏感性较强等问题,提出了基于点云附加属性扩展聚类判据的HDBSCAN算法,旨在提高算法聚类的准确性及鲁棒性.同时,基于点云的颜色及密度属性实现了对自然状态下非全裸露岩体研究区域的分割和提取,减少非岩体结构面点云对结构面产状识别和分组的影响.将该方法应用于大石洞灰岩矿某一典型覆土岩坡,结果表明:该方法能够有效地剔除非目标点云数据,同时结构面产状提取和优势分组结果令人满意.与人工测量结构面产状方法相比,最大相对误差小于0.59%,具有一定的工程实用价值.     

岩体结构面产状随机分布空间表征

基于不同的结构面产状概率分布函数对工程岩体的结构面进行模拟.通过运用内聚理论对结构面进行组别划分,并分别采用双平均密度分布、双正态密度分布、Fisher分布三种不同的分布形式,结合分布参数的反演,进行随机性结构面模拟.引入辽宁省某边坡工程的计算,运用自主研发的Geo SMA-3D(geotechnical structure and model analysis-3D)系统进行关键块体搜索,提出离散性评价参数,分析基于不同结构面产状概率分布计算得到关键块体体积的差异.研究发现当离散性评价参数大于临界值时,生成的关键块体体积随离散性评价参数的减小而增大.     

高湿多尘采空区三维激光探测数据误差分析与修正

针对地下金属矿山高湿、多尘复杂环境导致采空区三维激光探测结果失真的问题,研制了采空区复杂环境模拟装置,进行了64组不同相对湿度、粉尘质量浓度条件下的点云数据误差分析与修正实验.结果表明,随相对湿度和粉尘质量浓度增大,点云平均误差比均呈“S”型趋势增大;当粉尘质量浓度介于30.0~85.0mg/m³、相对湿度介于76.0%~85.0%时,点云平均误差比呈幂指数增长;适合采空区三维激光探测的粉尘质量浓度为0~5.6mg/m³,相对湿度为0~49.0%.同时,提出了高湿、多尘探测环境下的点云数据误差修正公式,并应用于福建某金矿复杂采空区的精准探测工程中,修正后的采空区边界信息更加符合实际情况.     

基于重度增加法的岩坡破坏过程流形元分析

考虑岩体边坡滑动大变形破坏特性和现有研究分析手段,提出利用第一作者团队开发研制的Geo SM A-3D,在现场岩体结构信息采集的基础上,建立岩体边坡空间数值模型,实体表征岩体三维模型;利用现代数值流形法(NMM)模拟岩体大变形破坏分析手段,在块体理论的基础上,运用有限元分析中经常用到的重度增加法,不断增加岩体的重度,直到岩体边坡中的"关键块体"产生滑动,使边坡发生大变形破坏;同时以最危险"关键块体"水平位移随重度增加发生突变为破坏依据,对边坡的安全系数进行评定.实例分析某边坡工程的破坏过程,实现了岩体边坡大变形数字表征,为边坡支护提出解决方案,为工程施工和边坡灾害的处置提供参考和借鉴.     

基于三维激光扫描的岩体结构面信息提取

以地下矿山工程中的岩体结构面信息为研究对象,应用三维激光扫描技术与地质构造分析相结合的研究手段,将岩体结构面信息提取和三维激光扫描技术进行系统集成.利用Z+Flasercontrol点云数据处理程序和Geomagic Studio逆向工程软件对围岩点云信息进行预处理.基于Java语言开发了由点云数据获取结构面信息的点云数据处理系统,并应用Dips地质构造分析软件分析结果,结合人工测量数据验证此系统的准确性与可行性.研究结果表明,和传统方法相比,该方法具有快速、自动、高精度和远距离测量的优点.     

BIM云平台中三维模型的任意剖切

针对BIM云平台中三维模型的剖切通过移动竖向或横向的剖切面来实现,剖切方式不灵活,仅是选择性渲染的效果且无法自动获得剖切面的信息的问题。基于Unity3D提出了一种对复杂BIM模型进行任意角度剖分并缝合原模型及剖面的分割算法。运用该分割算法可以从任意角度对BIM云平台中三维模型进行剖切并得到所有剖切点,根据分组排序的剖切点自动计算出每个被剖切构件剖切面的面积、圆形管件的直径以及管件之间的距离。该剖切方法在实现任意剖切的基础上获取到剖切面的关键信息,能够更好的指导现场施工作业。     

基于逐条线区域生长的点云平面提取

三维激光扫描点云中的平面特征提取是3D建模的重要组成部分,是一个重要的研究领域。在建筑物平面提取的过程中,针对传统的单点式区域生长方法在生长时会使拟合得到的平面与真实点云平面存在偏差,导致面块间的粘连的问题,提出一种逐条线区域生长方法,考虑到建筑物的平面都具有规则的形状,而平面是由一条条直线组成的,因此在生长的过程中加入了平面的形状这个先验条件。实验结果表明,该方法能够消除面块间的粘连,有效改善平面提取的精度。