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.     

岩体隧道施工诱发的关键块体三维模型及其验证

在岩体隧道工程岩体结构面的观测基础上,研究了结构面三维模型及网络模拟技术,通过不连续面网络图模拟真实岩体的几何特征,讨论了两种块体搜索方法,即根据确定结构面参数搜索确定块体和根据节理面网络图搜索随机块体的方法.引入概率理论对被节理切割的岩体中关键块进行了分析,采用蒙特卡罗法和面向对象的编程技术,给出了基于统计原理的岩体不连续面三维计算机模拟方法.建立了岩体工程适用的块体搜索和计算模型,实现岩体隧道工程的关键块体计算机搜索、三维显示和旋转等.     

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.     

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.     

岩体空间结构体的计算机识别

在岩体的开挖过程中,岩体的结构面与开挖临空面极易构成威胁工程的不稳定块体,影响边坡、隧道、地下洞室等工程的稳定性,因此如何根据开挖面上结构面出露特征快速确定这些不稳定块体,对工程设计、施工及支护都具有重要意义。本文在得知结构面参数(结构面的倾角α、其倾向β以及结构面上任意点的坐标P(X0,Y0,Z0)或平面上不在同一条直线上三个点坐标)情况下,采用计算几何理论,解决了块体的快速搜索与识别问题,运用C++语言编程,实现了四面体、五面体、六面体和七面体四种常见可能滑动块体的快速搜索与识别,计算出面积和体积,并利用OpenGl实现块体可视化,为关键块体稳定性分析以及支护参数的确定奠定基础。     

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.     

岩石块体系统构建方法及可视化程序开发

根据临空面与结构面构建岩石块体系统是一项复杂而基础的研究工作。以平面对多面体的空间切割算法为基础,通过单元离散、单元聚合等方法实现复杂岩石块体系统的构建,并对关键算法进行详细说明,利用MFC和OpenGL,开发了可视化程序。结合一露天矿多阶边坡工程,展示了具体实现过程。首先,利用AutoCAD中的四边形单元构建边坡临空面模型。其次,采用投影法实现岩体模型的网格划分,从而将结构面对复杂岩体的切割转化为对柱状单元体的切割。最后,消隐藏网格,聚合单元,实现复杂块体模型的构建。与传统方法的计算结果进行对比,验证了此方法用于复杂岩体模型构建的有效性和优越性,为实际工程提供可靠依据。     

无人机摄影测量边坡结构面及块体稳定分析

为提高边坡结构面信息获取过程的安全性及测量结果的准确性,采用无人机多角度摄影测量获取结构面信息,得边坡结构面坐标以及出露迹线长.利用动态控制的相容Delaunay三角剖分对模型进行三角网格化,结合块体生成规则对边坡临空面出露块体进行稳定性分析,识别坡面出露关键块体,并利用GeoSMA-3D系统验证方法的可行性及精度.研究结果表明:点云切割最大关键块体为38.5748m³,GeoSMA-3D切割最大关键块体为38.5617m³,位置均在坡体中央位置,拟合效果良好.对于不规则碎裂岩质边坡,三维点云切割可以更好地表征边坡的块体位置,对于指导关键块体治理具有一定优势.     

基于块体理论的围岩稳定性分析及数值模拟研究

岩体的完整性及节理裂隙的发育程度是影响围岩稳定性的主要因素。潜在失稳块体将引起围岩掉块、剥落、滑移甚至坍方等失稳现象。以小三岔口隧道为依托,基于块体理论研究,借助围岩结构分析和数值模拟相结合的方法,从岩体结构特征入手,定位隧道开挖潜在失稳区域,寻找可动块体,确定关键块体,深入分析围岩失稳变形模式,揭示无支护条件下围岩的变形、受力特征并提出针对性施工建议。研究结果显示:岩体节理裂隙发育、节理面相互切割成不利组合和岩块结构面结合性差是围岩失稳的根本原因;关键块体的运动是造成围岩失稳的直接原因。     

裂隙岩体巷道顶板失稳的块体力学分析与支护强度设计

受完全切割性裂隙影响的地下岩体巷道顶板失稳问题具有与众不同的显著特点,由贯通性构造裂隙切割形成的块体结构形状以及裂隙弱面的强度性质决定着顶板的变形破坏过程和支护强度确定.应用关键块体的力学基础理论,研究了顶板岩体常见的"楔形块体"和"六面体块体"失稳准则和滑动力大小,由此探讨了该条件下合理支护强度参数的设计确定,用2个现场实例证明了该设计方法的实用性.图5,参6.     

建筑工程多媒体仿真系统的研制与应用

为充分利用高新技术，拓展现阶段建筑工程计算机仿真的内容、手段和表现模式，建立了集成建筑场景三维建模、结构静／动态响应分析以及仿真结果三维实时动态显示的仿真系统ＳＩＭＵＷＨＩＳ。在系统研制中，提出并实现了集建筑建模器－结构分析器－仿真演示器于一体的三器一体化的建筑工程辅助设计和软件开发思路。经实践证明可广泛应用于建筑工程领域的多种开发与研究范围，尤其在求解建筑结构的时态运动描述上，更适合建筑科学和工程设计的需要。     

基于GTP的断层三维交互建模方法

在总结分析现有断层建模方法的基础上,提出一种基于广义三棱柱(GTP)的断层三维交互建模方法(岩柱体分区RPBP建模法).该方法以钻孔数据为建模主体数据源,主要步骤包括:根据钻孔孔口数据点与断层露头约束,按约束Delaunay法则生成地表不规则三角网(CD-TIN);判断地质体内断层的类型及断层构模的优先级顺序,建立岩柱体界限三角形;以界限三角形为依据建立断层实体模型.软件实验表明,该方法能便捷可靠地实现包括正、逆断层及其相互切割的各类复杂断层系的三维交互建模.     

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.     

基于不稳定块体失效概率的开挖面稳定性分析

基于团队开发的空间网络模型,利用一般块体理论进行块体分析,可以得到开挖面上不稳定块体的安全系数、体积及其棱长.利用棱长和迹长推出块体生成概率,并与安全系数一起求出块体失效概率.然后将失效概率大于失效标准的块体定为失效块体,并提出将开挖面上失效块体体积占所有不稳定块体体积的比例作为评价开挖面稳定性的指标,从而提出基于不稳定块体失效概率的开挖面稳定性分析方法.基于一个实际边坡工程,利用上述方法对其进行开挖面稳定性分析.     

基于OpenGVS的湖山三维仿真系统实现

南京湖山地区是我国重要的地学教学基地,主要介绍基于OpenGVS SDK的湖山地区三维仿真的实现。简要地描述了利用湖山地区DEM高程数据与卫星遥感数据从场景建模到三维渲染的过程和系统结构以及多种功能的实现技术。重点介绍了独立设计的关于漫游引擎视点控制的算法与实现以及对OpenGVS函数库中视点控制功能的扩展,同时也介绍了如何在三维场景中进行动态数据表达和实现场景的通讯等相关技术。     

复杂空区群建模及在圈定矿岩移动范围的应用

以大岭西山菱镁矿为例,基于SURPAC软件平台,综合应用边界轮廓线法和Delaunay三角化方法的复杂地质体建模方法,建立了矿区的数字地表模型和空区群的三维实体模型.并以TCL语言为基础,编制了基于空区底板边界轮廓线、岩石移动角和地表投影标高的矿岩移动范围三维模型自动构建程序,对大岭西山菱镁矿进行了应用,得到了矿岩移动范围的三维实体模型,并将其与数字地表模型进行布尔运算,圈定地表移动范围.     

三维装配工艺模型的数字化建模方法

为实现基于三维模型的装配工艺设计,研究了三维装配工艺模型的数字化建模方法. 根据装配工艺设计过程的特点,将三维装配工艺设计过程分为粗装配工艺设计阶段和精装配工艺设计阶段. 针对不同的工艺设计阶段,为三维装配工艺模型提出了3种阶段工艺模型,分别为拆卸工艺模型、粗装配工艺模型及精装配工艺模型,建立了不同阶段模型及辅助工艺信息的表达方法和模型信息间的映射机制,详细阐述了3种阶段工艺模型的建模过程. 基于上述建模方法,开发了基于三维模型的装配工艺设计系统,以一个发动机模型验证了文中提出的建模方法的正确性.