复杂岩质高边坡工程安全监测三维可视化分析

应用自主研发的岩石边坡工程安全监测三维可视化分析系统(SlopeMoni3D),以锦屏一级水电站左岸高边坡工程为例,建立安全监测分布式分析平台,对边坡安全监测系统与赋存地质条件进行虚拟现实可视化分析。以三维云图的可视化形式对安全监测获得的左岸边坡开挖区域浅表、深部变形发展趋势及锚索测力计锚固力在相同时段变化量的空间分布进行综合分析,完成边坡整体稳定性和变形趋势的分析评估。分析结果表明:(1)以虚拟现实可视化方式解析复杂岩质边坡工程区域地质条件,可直观表达各监测项目测点布置与地质结构的相互关系,便于监测成果与地质条件和施工信息的综合分析;(2)借助三维可视化分析平台所提供的监测数据管理和监测数据场三维云图绘制等功能,可直观比较相同监测时间段不同监测项目所获得监测物理量的三维云图分布,便于从地质、施工等方面综合分析边坡各区域的变形趋势和稳定状态。     

复杂岩质高边坡三维地质建模及虚拟现实可视化

结合复杂岩质高边坡工程三维地质建模和可视化需要,通过综合分析国内外在计算机图形学领域对描述空间拓扑关系的常用三维数据结构,提出基于半边B-Rep和裁减NURBS数据结构的边坡三维地质建模方法,实现具有复杂地质条件和基础洞室群的边坡工程三维模型拓扑关系的快速、准确建立,为边坡工程三维地质可视化提供高质量的几何数据和拓扑关系信息。分析计算机可视化技术的发展趋势和虚拟现实技术的特点,论证应用桌面级虚拟现实技术的X3D规范,实现边坡工程地质可视化的可行性。鉴于X3D灵活的场景交互和对复杂NURBS几何造型的支持,实现基于X3D的边坡工程虚拟现实场景的实时动态可视化、虚拟现实场景对象的可视化交互式查询。以锦屏一级水电站左岸边坡工程为例,给出三维地质虚拟现实可视化在边坡开挖进度模拟和地质超前预报、边坡地质条件可视化查询、边坡安全监测断面地质条件解析、边坡安全监测系统可视化查询和综合分析等方面的应用,为三维地质虚拟现实可视化方法在其他工程领域的应用拓展提供参考。     

基于光纤监测的边坡应变场可视化系统研究

近年来分布式光纤传感技术已成为土工测试领域的一股新生力量,在岩土体尤其是边坡的变形监测中发挥了日益重要的作用。基于该技术构建的边坡智能监测系统能捕捉坡表和坡体内部应变场的时空分布特征。由于光纤监测可获取海量数据,如何对其进行高效的提取、处理和挖掘是该技术应用中的瓶颈。基于MATLAB开发的边坡应变场可视化系统通过用户界面实现了对海量光纤监测数据的识别、去噪、预测分析和可视化展示,并具有边坡稳定状态诊断及预警的功能。在一组室内边坡模型试验中,采用该系统成功实现了边坡应变场监测数据的可视化,并对边坡稳定性相关的预警阈值进行了回归分析,体现了其处理数据方便、快捷、高效、直观等特点。该系统未来将在现场边坡的监测和滑坡预警预报中发挥重要的作用。     

复杂边坡三维地质可视化和数值模型构建

复杂边坡三维地质可视化和数值模型的构建是岩土工程和水利水电工程中常常遇到的关键问题。三维地质可视化可以展示边坡结构面的空间组合,揭示边坡的宏观破坏模式;可视化模型与数值模型的结合和转换可以反映地质信息的仿真性和动态可修改性。基于AutoCAD平台,借助AutoLisp语言,采用滑动最小二乘法插值拟合,构建三维可视化模型,同时讨论可视化模型与数值模型的转入。优点在于结合了AutoCAD优越的图形编辑功能和ITASCA公司数值软件(FLAC3D和3DEC)的计算功能,并可根据地质信息的变化更新可视化模型和数值模型。该技术与三维可变形离散元法相结合,在白鹤滩水电站进水口高边坡三维可视化和应力变形分析中进行了应用。同时针对3DEC软件前后处理的不足,结合3DEC内嵌的FISH语言和AutoCAD的AutoLISP语言进行编程,探讨3DEC加锚方法、三维合位移等值线云图和塑性区可视化实现。     

基坑变形监测三维可视化模拟系统设计

运用可视化仿真技术对基坑变形监测进行三维可视化模拟研究,提出了基坑变形监测三维可视化模拟系统的建模和可视化方法,开发了基于GIS平台的基坑变形监测三维可视化模拟系统。结合工程实例对天津市某深基坑变形监测数据进行模拟分析。     

地基雷达在水电站边坡形变监测中的应用

针对大型水电站边坡稳定性监测问题,本文开展了IBIS-L系统地基雷达监测试验,介绍了IBIS-L系统地基雷达测量原理和关键技术,并给出GB-InSAR数据处理流程。获得糯扎渡水电站消力塘边坡IBIL-S系统3个月的监测数据,其测量精度达毫米级。并将其结果与同期的水电站常规全站仪测量监测数据对比分析。试验结果表明,IBIS-L系统在水电站边坡监测结果的精度和稳定性优于全站仪,可以实现高分辨率、高精度、实时地对水电站边坡进行长时间变形监测。其监测结果也表明了糯扎渡水电站边坡形变位移量在毫米级,其边坡较为稳定,为该边坡稳定性评估提供重要的基础资料。     

基于三维数值模拟反分析的临危边坡锚固研究

依据实际工程边坡案例,研究利用施工监测资料联合有限元强度折减法三维数值模拟确定临危边坡锚固方案的方法。研究表明,三维数值模拟对于非规则断面坡体的变形分析更具有针对性,可以考虑坡体断面形态变化对坡体变形的影响,计算结果与实际变形状态吻合度高,依据监测数据通过三维数值模拟反分析可以得到符合现场条件的边坡状态参数和计算模型,据此确定的边坡锚固参数更具有科学性。     

边坡变形可监测性指标计算方法研究与实验分析

针对边坡变形监测的要求,提出了一种基于三维激光扫描的边坡变形监测方法,通过K最近邻搜索算法(KNNS)实现离散点云的变形提取,给出了边坡变形可监测性指标计算公式。以某边坡监测实验为例,采用重复扫描数据验证了变形可监测指标确定方法的可行性和正确性。通过多期监测数据的处理与分析,结果表明:利用三维激光扫描可以对边坡变形进行有效的监测。     

基于监测数据的边坡位移可视化分析系统

以我国南方某大型水电站左岩边坡监测网为基础，提出了一种新的基于可视化分析技术的三维边坡位移分析模型，并开发了相应的计算机软件分析系统。该系统以监测信息数据库为核心，采用距离幂反比空间数据插值算法对边坡内任一点的位移进行估值，通过可视化图形环境将位移分布等值线、边坡表面位移线、原始观测点即被评价点位移矢量及地下水位线等分析结果与工程地质图有机地结合起来，为及时圈定潜在滑动区域及进行边坡稳定性评价提供了一种非常有效实用的技术和工具。对监测系统、数据库系统、三维分析模型、软件系统、可视化分析技术等内容进行了详细的讨论，并应用该系统对我国南方该大型水电站左岸边坡的位移分布及稳定性进行了评价。     

空间变异理论在堆积体边坡研究中的应用

在我国西部水电建设中,遇到很多复杂的堆积体边坡。由于其特殊的工程地质特性,很难用常规的方法对其力学特性进行准确的测定,这将影响边坡的稳定性评价,造成边坡治理非常困难。本文从堆积体的空间变异性出发,采用空间变异理论对堆积体边坡进行研究,并结合小湾水电站左岸饮水沟堆积体边坡的监测数据对其分析,结果显示采用空间变异理论对堆积体边坡进行研究的方法是可行的,并对边坡的变形进行了分析,找出了最主要的影响小湾水电站左岸饮水沟堆积体边坡的变形因子。这种研究方法对于堆积体边坡的研究具有借鉴意义,对于类似堆积体工程问题具有参考价值。     

边坡变形统计回归分析模型及应用

 考虑时效、温度和降雨等对边坡变形的影响,并将其作为边坡变形的影响因子,建立边坡变形统计回归分析模型,应用Microsoft Visual C++网络编程技术和逐步回归分析算法在自行开发的岩土边坡监测信息管理与监测数据分析网络系统中实现可视化的边坡变形回归与预测。通过对龙滩水电站高边坡变形监测资料的统计回归分析表明：边坡变形统计回归值与实测值吻合良好,统计复相关系数较大,剩余标准差较小。统计回归分析模型能够较好地反映边坡的变形规律与变化趋势,为快捷、高效地评价边坡运行安全性态和预测其变形发展趋势提供有效的分析方法和手段。     

温州地下人行过街通道工程FLAC 3D研究

针对温州附二医地下人行过街通道施工过程,结合现场试验以及实测资料,用FLAC 3D有限元软件对其进行数值模拟和分析,得出了工程位移、变形、应力云图等重要工程信息,可为日后温州地区类似地下工程的施工管理提供帮助,使工程施工更加合理、安全、经济。     

受施工扰动影响土体力学参数的可视化分析方法

结合具体工程,对受施工扰动后土体力学参数分析中应用科学计算可视化分析的方法进行研究,结合体视化的算法思想,建立了受工程施工扰动土体力学参数变化的可视化分析研究方法,提出采用直接体视的算法来实现受工程施工扰动土力学参数可视化表示的解决方案。建立了用于受基坑工程施工扰动土体力学参数可视化分析的体数据V,体数据中包含了基坑外部土体的土力学参数和位移场的三维信息。按照不同的施工阶段,建立不同时间序列的系列体数据集,利用这些体数据集,可直接可视地分析施工每一工况下的坑外土体内各种土力学参数的变化和土体位移的变化。     

用OpenGL开发地下结构工程三维有限元图形系统

有限元软件在工程设计和科学研究中得到了广泛应用，能否方便地观察模型、反映最新的理论和研究成果，是衡量一个有限元软件是否成功的重要因素，而它们都与可视化密切相关，可视化的图形系统已成为有限元软件中必不可少的一部分。通过对同前比较常用的GDI绘图和OpenGL进行比较分析，显示了用OpenGL开发的三维有限元图形系统具有的速度快、绘图功能强、选择和反馈方便、视觉效果好等优越性，并介绍了如何使用OpenGL函数库以及面向对象技术有效地组织地下结构工程有限元前、后处理图形系统所涉及的复杂数据。在此基础上提出程序的数据结构和基本算法，说明其如何与有限元模型交互操作，如何能快速选择节点和单元，如何绘制彩色云图和等值线图等。最后给出部分实例对其加以说明。     

边坡工程分布式光纤监测技术研究

 通过对边坡及其加固工程进行实时、在线监测,可掌握边坡的变形动态,对滑坡进行预警。分布式光纤传感技术与常规监测方法相比具有很大的优越性,如分布式、长距离、实时性和长期稳定性等,可满足加固工程安全监测和滑坡早期预警的要求。对布里渊光时域反射技术(BOTDR)的测量原理和优点进行介绍,设计一套基于BOTDR的新型分布式边坡监测系统,详细阐述工程应用中传感光纤的布设方法、光纤保护和温度补偿技术等。通过将传感光纤按一定的方式布设在加固工程及坡体内,并相互连接构成基于BOTDR的边坡分布式光纤监测系统,进而实现对整个边坡的远程分布式监测。以实际工程为例,对边坡分布式变形监测结果进行分析。结果表明,基于BOTDR技术的边坡分布式光纤监测系统能够准确地反映边坡及加固工程的变形情况,具有显著的优越性,可用于边坡稳定性的监测和预报。     

锦屏一级水电站左岸高边坡工程整体稳定性的模型试验研究

介绍锦屏一级水电站高边坡工程整体的模型试验方法,以检验和评价该工程的整体实效与稳定性。根据现场高边坡实际开挖工程、已完成支护及工程地质等条件,建立三维地质力学模型,采取施加上部荷载和底部动荷载方式,模拟和测试该边坡在上部山体正常荷载作用下边坡工程的稳定性、爆破振动荷载作用下的边坡工程稳定性,以及超常荷载作用下边坡工程的破坏过程与安全度。试验与分析结果表明,正常荷载应力作用下,该高边坡工程变形较小,边坡无破坏且稳定;在下部爆破振动工况下,未出现边坡及支护开裂与破坏,而在不断增加的超载作用下,边坡最终发生开裂和失稳破坏,且裂缝主要出现在锚固区之外。试验给出边坡变形及破坏的全过程,定量分析边坡变形和应力变化规律,探明边坡应力、变形及破坏趋势。研究结果表明,前期完成的高边坡支护工程是有效的,整个边坡在目前工况下是稳定的,并对边坡安全提出建议:后期边坡工程应有足够锚固强度,避免损伤岩体,加强长期现场监测与信息反馈。此模型试验具有重要的工程意义及实际价值。     

锦屏一级水电站左岸坝肩复杂地质条件高陡边坡处理

 针对锦屏一级水电站坝岸边坡倾倒变形和拉裂破碎岩体,全坡面采用锚喷支护加框格梁网格结合深层锚索加固。针对由f42–9断层、SL44–1深部裂缝和煌斑岩脉X组成的、控制左岸边坡整体稳定的潜在大滑块,设置3层抗剪洞,并通过在坡面布置穿过断层的深层锚索进行加固处理。施工过程中建立“动态设计、科研跟踪、安全监测与反馈分析、信息化动态治理”的理念和机制,根据开挖揭示的地质条件和安全监测资料,结合施工情况,跟踪开展边坡稳定分析与安全监测实时分析,开展设计优化并严格控制施工程序,保证左岸坝肩边坡安全顺利下挖。