基于工程勘察钻孔数据的三维地层模型的自动构建

三维地层建模技术是实现地层三维可视化的核心。提出了一种用三角形面构实体作为描述三维地质实体的基本单元，基于工程勘察钻孔数据自动构建三维地层模型的方法。这种三维地层建模方法操作简单，用户只需按工程勘察工作习惯组织钻孔数据，即可自动建立三维地层模型，并可对其进行剖切、开挖等空间分析，有利于三维地层建模技术在实际岩土工程勘察工程中推广运用。     

三维地层信息系统及其力学分析功能研究

博士论文摘要 本论文旨在将三维地层信息系统和有限元分析方法有机地结合起来，建立一套既具有信息技术特点又能满足岩土工程需要的三维地层信息系统。重点研究了以下几个方面的问题： (1) 探讨了三维地理信息系统的有关基本问题，分析了三维地理信息系统的数据模型和数据结构，指出了三维地理信息系统所面临的有利条件和困难。 (2) 根据对地下工程中有限元网格划分的基本原则和要求的研究，阐明了三维地层信息系统中可视化网格不能直接用于有限元分析的原因。研究了通过关键点类得到控制地层形状的关键点，再采用自底向上的方法建立有限元模型重新进行网格划分。 (3) 提出了一种适于三维可视化和有限元分析的L-W拓扑模型。由于三维地层信息系统中地层模型是由地层上下面插值形成的格网对应连接而成的六面体构成，所以该模型通过对网格图的拓扑分析，能自动得到控制地层形状的关键点。(4) 研究了三维地层信息系统与有限元分析集成的方法。通过比较分析，采用动态链接方法，即将有限元分析模块编译为动态链接库，采用混合编程的方法集成于统一的界面中。 (5) 对32位Fortran与Visual C++的混合编程进行了较为系统的探索和研究。指出关键问题是如何使两种语言在标识符命名约定、参数传递方式和参数数据类     

基于Delaunay构网的地层3D TEN模型及建模

构建真三维的地层模型是地质学、三维GIS、科学可视化及工程应用领域共同关心的课题。在总结当前的三维地层建模理论与方法的基础上,提出了地层的真三维四面体模型。该模型将地层钻孔数据离散为点源性息,采用Delaunay四面体化算法构建三维地层,并对地层尖灭、断层等突变信息的处理进行了探讨。最后给出了该方法在典型地层和工程应用中的实例。该模型体现了TEN便于存储、快速可视化等优点,建模方法则充分利用计算机。     

三维地层信息系统与有限元方法集成研究

通过分析三维地层信息系统中的地层可视化网格和地下工程中有限元网格划分的主要原则及方法，阐明了三维地层信息系统中可视化网格不能直接用来作有限元分析的原因。提出了适于三维可视化和有限元分析的L-W拓扑模型。利用FORTRAN和Viusal C 混合编程的方法使两者集成于一个统一的系统中，并给出了一个应用实例。     

厦门翔安海底隧道数字化建模技术

围绕厦门翔安海底隧道工程，首先在总结当前三维地层建模理论与方法的基础上，建立该工程的三棱柱地层实体模型。该模型将地质勘察钻孔数据离散为点源信息，采用Delaunay三角化算法对钻孔点的平面点集进行二维构网，由网格节点之间的联接关系所确定的钻孔之间的联接关系将钻孔连接成地层的三棱柱体表达，该模型体现便于存储、快速可视化和便于空间分析等优点。然后在三维图形平台上进行了隧道及附属设施的三维建模。最后在此基础之上实现基于数字模型的信息查询、地层剖切、地层开挖等空间分析功能。     

基于工程钻孔数据的三维地层可视化的研究与应用

本文主要研究了基于工程钻孔数据的三维地层可视化,提出了基于钻孔数据三维地层建模的总体思路及其实现步骤,其次介绍了模型可视化的实现,介绍了基于钻孔数据三维地层可视软件的实现过程。采用VC++平台、OpenFlight API与VegaPrime API实现了基于钻孔数据的三维地质模型的自动构建,建立的三维地层模型为地质勘察决策提供有力的辅助工具。     

三维工程地质模型与可视化研究

本文针对数字三维岩土工程勘察报告的需要 ,构造了基于层状地层的三维工程地质模型 ,详细介绍了模型的地层分区、地层层面等值线、三维显示等处理算法。通过基于OpenGL和VC ++编程 ,编制出实现其三维可视化的工具软件 ,该软件已成功应用于实际工程 ,值得在工程中大力推广。     

OpenGL三维地层切割面的实现技术

探讨利用开放图形库OpenGL实现三维地层显示的途径;讨论三维地层层面构造的插值基本原理;提出了地层的任意方向切割方法,即适用于水平截面和斜截面的网格分割法和适用于竖直截面的交线分割法。将此三维地层切割方法应用于广东省大型水利工程———东深供水改造工程中,实现了三维地层的任意切割,验证了该方法的可靠性和实用性。     

基于限定Delaunay三角剖分和OpenGL的三维地层可视化系统设计与实现

针对三维地质建模工作非常繁琐和复杂,为降低操作人员的劳动强度和提高模型可视化效果,提出一种基于结合限定Delaunay三角剖分和OpenGL进行三维地层可视化的方法。利用限定三角剖分算法可以生成任意边界形态、任意尺寸大小或者带有多个孔洞的地层表面三角网;利用OpenGL的对象拾取机制实现钻孔数据的可视化管理和人机交互地层建模。同时将该方法应用于三维地层可视化系统开发中,系统克服了手工填加虚拟钻孔来提高模型精度的麻烦,可以显著提高三维地层建模的效率和可视化效果。最后利用南京某地区三维地质调查项目地质勘察获取的钻孔数据,进行了实际建模操作。实验结果表明,系统能够快速、准确地构建地层的三维模型,并实现多种模型可视化,为工程勘察信息的管理和分析提供了科学、高效的技术手段。     

基于三棱柱单元地层与桩基的可视化研究

地质信息的三维可视化是指以适当的数据结构建立地质特征的数学模型，采用计算机技术将数学描述以三维真实感图像的形式予以表现。利用三维可视化的结果不仅可以描述复杂的地质构造情况，还可以反映岩土工程中地层的物理力学性质以及和各种构筑物相互作用的变形等。在矩形网和不规则三角网两种方法的基础上提出了一个以三棱柱为单元的方法来构建地层和桩基的三维实体，并在VC＋＋环境下利用Open GL技术实现了地质体和桩基的三维可视化。     

模型维数对岩土离散元试验影响的宏-微观研究

对实验室常规三轴试验分别进行了二维和三维的离散元数值试验,从试样宏观力学响应和剪切带演化的角度比较模拟结果,分析模型维数对岩土力学性质模拟结果的影响。数值试验结果表明,最密实状态的、具有相同参数的二维和三维试样,在剪切过程中均会表现出软化特性,试样峰值应力均随围压的提高而增大,其峰值应力的数值相近,但三维数值试样达到峰值应力所对应的应变约为二维试样的1/4。随着围压的增大,二维和和三维离散元数值试样剪切带均趋于集中;但在相同围压作用下,不同维数数值试样宏观剪切带的形状和厚度均不同,二维试样剪切带的范围和厚度均较大。     

Discrete element model for performance analysis of cutterhead excavation system of EPB machine

With the aim of probing for design theory of cutterhead excavation system of earth pressure balance (EPB) machine, the parameters representing the system performance are concluded firstly. Then a 3D model for cutterhead excavation system of EPB machine is presented with the discrete element method (DEM) software PFC^3D, which is capable of simulating the tunneling ground in site, the machine structure and the excavation operation. The performance parameters indicating stability of excavation face, soil discharging rate, cutterhead system torque and cutter wear are measured by running the DEM code. The results obtained with the DEM model are accord with situ data. It indicates that the DEM model is a promising method replacing the field experiment to analyze the influences of the structural parameters on system performances, which are essential for structure optimization design of the cutterhead system of EPB machine.     

结构性砂土力学特性三维离散元分析

利用离散元法对结构性砂土的三轴试验进行了三维数值模拟并对其宏观特性进行了分析。首先将考虑胶结尺寸(宽度和厚度)的三维胶结接触模型导入离散元软件PFC3D中,对结构性砂土数值试样进行三轴试验数值模拟;然后对比分析离散元模拟与室内试验结果;最后从宏观力学角度对试验结果进行了分析。离散元模拟结果表明:结构性砂土与无胶结松散砂土表现不同,其在低围压时表现出应变软化和体积剪胀特征,并随胶结含量的增加或围压的减少而愈发显著,在高围压时则呈应变硬化和体积剪缩现象;低平均应力时,随胶结含量的增加,试样峰值内摩擦角、黏聚力以及内摩擦角均增加,其中黏聚力增加较为明显,随着平均应力的增加,峰值强度包线逐渐趋向于无胶结土。     

数字高程模型(DEM)的构建及其应用

数字高程模型(DEM)是一定区域范围内规则格网点的平面坐标及其高程的数据集或者是经、纬度和海拔高度的数据集。DEM用途广泛,数字地球、数字城市、数字区调等工作以及虚拟现实三维可视化都需要高精度的DEM支撑。本文分析了DEM的构建方法及利用地形图生成的DEM的技术路线和数据转换的问题,论述了DEM在数字区调中的应用,实践证明,该技术在一定程度上解决了高原区调面临的难题,为地质工作提供了一种新途径。     

基于IDL的地形三维可视化系统的研制

利用IDL语言强大的数据处理与图形显示功能,应用组件编程技术并结合数字摄影测量原理,对立体航空影像对进行数字影像处理,并通过内插计算快速生成数字高程模型。在此基础上运用可视化技术实现三维可视化显示及简单的可视化分析,从而完成了地形三维可视化系统的研制。     

基于IMAGIS二维矢量数据的城市三维景观构建方法

研究了二维矢量数据在IMAGIS环境下,没有建模区DEM数据,利用等高线半自动赋值重新生成DEM和用等高线给山体建模构建城市三维景观的特殊方法。     

Influence of heterogeneity on rock strength and stiffness using discrete element method and parallel bond model

The particulate discrete element method(DEM) can be employed to capture the response of rock,provided that appropriate bonding models are used to cement the particles to each other.Simulations of laboratory tests are important to establish the extent to which those models can capture realistic rock behaviors.Hitherto the focus in such comparison studies has either been on homogeneous specimens or use of two-dimensional(2D) models.In situ rock formations are often heterogeneous,thus exploring the ability of this type of models to capture heterogeneous material behavior is important to facilitate their use in design analysis.In situ stress states are basically three-dimensional(3D),and therefore it is important to develop 3D models for this purpose.This paper revisits an earlier experimental study on heterogeneous specimens,of which the relative proportions of weaker material(siltstone) and stronger,harder material(sandstone) were varied in a controlled manner.Using a 3D DEM model with the parallel bond model,virtual heterogeneous specimens were created.The overall responses in terms of variations in strength and stiffness with different percentages of weaker material(siltstone) were shown to agree with the experimental observations.There was also a good qualitative agreement in the failure patterns observed in the experiments and the simulations,suggesting that the DEM data enabled analysis of the initiation of localizations and micro fractures in the specimens.     

基于数字地图的三维图形控件开发技术

讨论了开发GIS控件的意义以及使用MFC和OpenGL开发基于数字地图的三维图形控件的开发技术。介绍了DLG、DEM数据的存储基本形式,使用等高线、DEM显示三维矢量图形和立体地形的方法,并给出了开发三维控件的实例。     

三维地层构造的块体理论方法

三维地层建模方法是地层可视化研究的关键问题之一,主要有面建模和体建模方法两大类。本文针对体建模问题,探讨了一种通过块体理论构造三维地层的新方法。该方法将地层区域内部结构面和边界面作为某虚拟岩体的裂隙面,这些裂隙面可将地层区域全部切割成有限块体;将虚拟岩体的剩余部分切割成一定数目的无限块体和有限块体,利用块体理论中块体的矢量判别法判别出地层区域内的有限块体,并求出其顶点坐标及其在各侧面上的排列顺序后,即完成三维地层的构造和剖分过程。在此基础上通过OpenGL绘制地层块体,从而实现三维地层可视化。     

一个非饱和结构性黄土三维胶结接触模型

对非饱和结构性黄土进行离散元模拟需要合理的三维胶结接触模型。在含抗转动和抗扭转模型基础上引入了颗粒间吸引力以考虑范德华力和毛细力作用;提出了考虑胶结尺寸影响的胶结刚度和强度公式,考虑了不可恢复的化学胶结作用;建立了可以全面考虑含水率-孔隙比-吸力耦合作用的黄土接触模型。通过开展常规三轴压缩以及在不同偏应力水平下湿陷试验的三维离散元模拟,表明该三维接触模型可以较好地反映室内试验中非饱和结构性黄土的主要力学特性。