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。     

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。     

三峡水库石榴树包滑坡灾害预警分析

滑坡预报是滑坡研究中尚未很好解决的课题．对于三峡水库石榴树包滑坡，使用灰色理论模型作为主要中、长期预测模型，以变形速率为主要判据进行状态预测．对于临滑阶段则使用Verhulst理论模型，并以最大位移为判据对滑坡破坏时间进行预测，另外通过对滑坡体引起的三峡库区各主要港口的涌浪进行预测和滑坡灾害评价，为防灾减灾对策的制订提供科学的依据．     

埋深条件下含承台能量桩基础换热效率及热力响应现场试验

依托埋深条件下低承台2×2群桩基础,在钻孔灌注桩钢筋笼上绑扎换热管形成能量桩,布置振弦式应变计/温度计以测试桩身温度及热致应变。开展恒定水温(35 ℃)输入情况下,单根能量桩运行对邻近桩基、承台的热力响应特性试验; 实测进/出口水温随时间变化、桩身热致应变等变化规律,分析埋深条件对单根能量桩的换热效率及其对承台和邻近桩体热力响应特性的影响规律,并与无埋深条件下的换热效率、热力响应特性展开对比分析。结果表明:试验条件下,3 m埋深条件下的换热效率为2.65 kW,较无埋深条件下提升了约68%,体现出上覆回填土存在一定的持热能力; 有/无埋深条件下,桩身热致应力最大值分别出现在桩身中部及桩顶,分别为1.66 MPa和2.14 MPa; 随加热过程的进行,桩端阻力呈现先增大后逐渐下降至稳定值的变化趋势,在加热24 h后达到最大值约20 kPa,与进/出口温度差变化趋势一致; 有/无埋深条件下承台在加热工况均出现了细微的差异变形,在设计承台能量桩结构时应给予一定的考虑; 有/无埋深条件下承台最大热致应力值分别为0.65 MPa和2.34 MPa,对应的最大温度升幅分别为3.6 ℃和11.0 ℃。     

基于三维地质解析的拱坝拱座抗滑稳定分析

在充分考虑滑裂面阻滑力影响的基础上,建立拱坝拱座滑体区域三维地质模型,进行三维极限平衡分析。在不同高水位工况下,分析地质结构面发育特征及其与坝体空间位置关系,获取危险滑块组合,得出块体要素及地质条件等相关数据,保证抗滑稳定计算边界条件的精准度。同时,将平面地质解析结果三维数字化,可直观表达危险滑块的稳定性与地质构造的关联性,便于拱座稳定与地质条件的综合分析。淋溪河水电站拱坝实际工程应用表明,该方法对拱座的抗滑稳定分析结果合理有效。     

内掺微生物水工混凝土的抗渗性能试验研究

有效改善水工混凝土防渗体的抗渗性能是提高其耐久性的关键。本文通过开展内掺科氏芽孢杆菌的水工混凝土抗渗试验,分析内掺不同浓度科氏芽孢杆菌对水工混凝土抗渗性能的影响规律;通过氮吸附试验,分析水工混凝土试样的微观孔隙特征,揭示内掺科氏芽孢杆菌对水工混凝土抗渗性能的影响机制。结果表明：内掺矿化微生物可显著提升水工混凝土的抗渗性能;随着内掺微生物浓度的增大,混凝土28 d水渗透性系数降幅呈先大后小的趋势,当内掺微生物浓度为9.8×10⁷ cells/mL时,混凝土的水渗透性系数降幅最大,28 d混凝土水渗透性系数减小了92%;氮吸附微观分析可知,混凝土内掺微生物可减少中大孔数量、细化孔隙,最可几孔径峰值降幅达47.65%,有效改善了混凝土内部的孔隙结构,降低了孔隙连通性,致使水工混凝土的抗渗性能有效提高。     

水工混凝土高低阻异常体的识别分辨率试验研究

水工混凝土内部缺陷的电阻率表现为局部高低阻异常,探究不同电极排列对高低阻区的识别分辨率是高密度电法无损检测的关键。通过高低阻相似材料模拟水工混凝土内部异常体,开展α、β、γ三种电极排列下不同高低阻异常体试件的识别分辨率试验研究。试验结果表明：高阻异常体试件中分辨率为α > β > γ,低阻异常体试件中分辨率为γ > β > α,高-低阻异常体试件中分辨率为β > α > γ,即探测孔洞、空腔为主的水工混凝土缺陷可优先选择α排列,探测渗漏区为主的水工混凝土缺陷可优先选择γ排列。若水工混凝土内部缺陷同时包含孔洞、空腔和渗漏区则可选择兼容性较好的β排列。以上研究成果可为高密度电法在水工混凝土无损检测中的应用提供技术支撑。     

约束TIN在土石方工程三维辅助设计中的应用

为适应水利水电领域土石方工程设计高效、直观的需求,提出基于约束不规则三角形网格(TIN)的土石方工程计算机三维辅助设计的集成建模方法.通过开发具有输入输出、图形预处理、约束TIN建模、挖填方量计算等功能的土石方工程三维辅助设计程序,能够方便快捷地实现土石方工程设计成果三维可视化建模和工程完建形象的直观显示,为设计和决策者进行工程土石方量计算、土石方调配平衡分析提供依据,三维辅助设计成果也可作为组织开挖施工的可视化决策信息.     

内掺微生物水工混凝土的早期强度和微观特征

混凝土裂缝的微生物自修复是近年来国内外研究的热点之一。为研究内掺矿化微生物对水工混凝土早期抗压强度和微观孔隙特征的影响,以科氏芽孢杆菌为矿化微生物,乳酸钙为营养物质,进行不同内掺微生物浓度的水工混凝土抗压试验,分析内掺微生物浓度对水工混凝土抗压强度的影响规律,通过氮吸附和扫描电镜分析测试,从微观角度研究内掺微生物对水工混凝土微孔结构及微观形貌的影响。试验结果表明：内掺微生物对水工混凝土抗压强度有明显改善,随着内掺微生物浓度的增大,混凝土抗压强度增幅呈先大后小的趋势,当微生物浓度为9.8×107 cells/cm3时,混凝土的抗压强度增幅最大,28 d抗压强度增加13.1%;微观测试发现,内掺微生物能有效提高水工混凝土胶凝材料浆体的均匀致密程度,改善了混凝土的内部结构,进而使内掺矿化微生物的水工混凝土抗压强度显著提高。     

有配套约束的后方开挖施工用风优化配置探讨

在水利水电工程石方开挖施工中,常遇到施工用风优化配置问题。应用线性规划中有配套约束的资源分配理论建立数学模型并给出求解格式,通过实际工程算例验证该方法的正确性与有效性。研究结论表明,最优化理论能更好地为水利水电施工管理与决策提供科学参考依据。