基于三维地质模型的岩土工程有限元自动建模方法

在岩土工程有限元数值模拟中,复杂的地质环境使得建模困难,模型一般都被简化处理。其结果直接影响计算的准确性。借助地质模型能最大程度地表达地质实际的特点,将地质模型和数值模型相结合,提出一种新的岩土工程有限元建模方法--CRM地质模型转化法。其核心思想是将三维地质模型经过特定方式转化为符合有限元网格要求的数值计算模型。具体转化过程为:①根据计算范围对地质模型进行区域切割;②从切割模型提取控制数据进行网格重构;③对重构模型按地层属性自动剖分有限元网格;④将网格数据导入数值分析系统完成建模。通过编程实现与实例验证,这种方法能准确生成复杂模型网格,整体建模速度快,自动化程度高,且能方便地模拟开挖过程,并可为不同的数值分析系统使用,极大地提高了前处理工作的效率。     

基于Surfer平台的FLAC3D三维地质建模方法与模型验证

网格建模是数值模拟工作的前提,复杂三维地质模型的建立一直是FLAC3D前处理内容的短板.因此,本文详细介绍了基于Surfer平台的FLAC3D三维地质建模方法在实际地质工作中的建模流程和操作步骤,同时为验证该方法的可行性和模型的可靠性,以某滑坡为例完成三维网格建模,并模拟该滑坡在天然工况下的位移结果,与现场监测数据进行...     

基于三维地质建模的复杂构造岩体六面体网格剖分方法

提出将三维地质建模技术与岩土工程数值模拟相结合,发挥三维地质建模在刻画地质实际上的优势,为数值模拟提供尽可能准确的地质模型;借鉴基于剖面的建模技术,形成了适合于六面体剖分的三维地质建模方法;在此基础上,利用多重映射网格,实现了复杂构造岩体六面体网格剖分;将该技术应用到杨村煤矿西淝河左堤下采煤可行性分析研究中,取得了较好的效果。     

加锚岩体的三维复合单元模型研究

首先提出了复合单元的概念，然后将其应用于建立砂浆固结锚杆的分析模型。该模型考虑了岩体、砂浆、锚杆、岩体/砂浆接触面、砂浆/锚杆接触面等多重介质。借助阶谱的概念，复合单元可以纳入常规有限单元法分析中去。当某单元不含锚杆时，即退化为常规有限单元。应用该模型进行加固布设优化分析，当单元内锚杆的数量与方向改变时，计算网格无需变化，从而为大规模三维复杂结构计算分析的前处理提供较大便利。模型在有限单元软件CORE3中实现。并提供了计算实例。     

基于工程地质三维精细模型的高拱坝 坝肩处理可视化分析

 拱坝坝肩岩体的稳定与否直接关系着拱坝的安全。我国西南锦屏一级拱坝坝肩工程地质条件极为复杂,对其处理措施中设置了密集的7层洞室。采用VisualGeo工程地质三维建模系统,建立该工程整体岩级分类三维地质模型,并建立抗力岩体加固处理洞室群模型。在此基础上进行坝肩边坡模拟开挖分析及抗力岩体加固处理洞室群模拟开挖分析,得到加固处理洞室群围岩岩级分类三维地质模型。同时,进行坝肩洞室群所在的7个高程的平切分析和各洞室开挖各类岩体的体积分析,为高拱坝坝肩岩体处理设计与施工提供了直观、精确的可视化分析平台。     

加锚固体的三维复合单元模型研究

首先提出了复合单元的概念，然后将其应用于建立砂浆固结锚杆的分析模型。该模型考虑了岩体、砂浆、锚杆、岩体/砂浆接触面，砂浆/锚杆接触面等多重介绍，借助阶谱的概念，复合单元可以纳入常规有限单元法分析中去，当某单元不含锚杆时，即退化为常规有限单元。应用该模型进行加固布设优化分析，当单元内锚杆的数量与方向改变时，计算网格无需变化，从而为大规模三维复杂结构计算分析的前处理提供较大便利，模型在有限单元软件CORE3中实现，并提供了计算实例。     

复杂地基心墙堆石坝三维建模及渗流特性分析

随着BIM技术在水利水电行业中的运用发展,创建仿真三维地质及枢纽建筑模型得到了大力推动,使得建立仿真整体枢纽有限元模型成为可能,进一步提升了数值模拟分析在工程建设及安全评价等工作中的作用。本文利用Rhino及Inventor软件建立心墙堆石坝枢纽区三维复杂地质模型及建筑物实体模型,结合Abaqus软件强大的实体布尔运算功能,避免了Inventor实体模型直接导入Abaqus时可能出现的几何信息错误,通过Abaqus对枢纽实体模型进行了有限元网格划分及优化,建立三维渗流有限元网格模型并进行了渗流特性分析。研究成果可为三维仿真建模及数值计算分析(CAD/CAE)集成技术提供参考。     

岩体隧道三维建模及围岩非连续变形动态分析

结合东北地区某隧道工程,根据获取到的隧道工程岩体结构现场原始数据,应用自主开发的GeoSMA-3D系统,基于简单块体模型间相互组合构建复杂岩体模型的原理,采用不连续面网络图模拟真实岩体的几何特征,对隧道围岩的岩体结构面进行三维空间模拟,建立了该岩体隧道工程三维数值模型,并采用一种基于网格划分的块体识别方法,获得结构面划分岩体得到的所有块体。将所建立的三维数值模型选取其中某一典型断面的数据信息,导入二维非连续分析程序DDA针对二维平面内的应力及位移进行计算分析,对隧道围岩的破坏过程进行动态分析,得到的动态位移图和模拟结果对隧道工程超前预报、开挖支护具有一定的借鉴意义。     

含排水孔裂隙岩体渗流与法向应力耦合的复合单元算法

提出了含排水孔裂隙岩体的渗流与法向应力耦合的复合单元算法。基于“空气单元”和“充填模型”,提出的复合单元耦合模型视排水孔和裂隙为虚拟的具有高空隙率的“充填介质”,采用复合单元前处理程序,排水孔和裂隙依据其具体位置和方位可自动离散模拟在复合单元内部,计算网格生成时无需考虑排水孔和裂隙的存在,网格划分不受限制。基于复合单元法,采用两场交叉迭代算法,建立了含排水孔裂隙岩体的渗流与法向应力耦合算法。此耦合算法不仅考虑了排水孔和裂隙中的渗流,而且考虑了排水孔和裂隙与相邻岩块之间的流量交换。通过复合单元和传统有限元两种数值模型进行简单算例分析,可知两种算法结果基本一致,进一步验证了提出的含排水孔裂隙岩体的渗流与法向应力耦合算法的有效性,同时可看出复合单元耦合模型的前处理简便快捷。     

任意岩石锚杆计算模型及其算法

针对目前岩土工程中锚杆数值模型存在的局限性,提出了任意岩石锚杆的计算模型,该模型能考虑任意方向穿过岩体单元的锚杆,且岩体单元的划分不需要考虑锚杆的具体位置,锚杆信息可由已形成的岩体单元信息自动生成,可以适应岩石边坡、复杂地下结构支护分析以及加锚参数优化设计。应用表明,该模型方便可行,提高了加锚岩体数值模拟的适用性。     

适于数值模拟的三维工程地质建模方法

数值模拟已成为工程地质、岩土工程领域的重要工具,然而目前该技术还普遍存在定性效果好而定量程度偏低的弱点。计算模型难以真实地反映复杂的地质实际与工程实际是影响计算结果可靠性的重要原因之一。为了提高数值模拟中地质建模的效率与可靠性,在边界表示法的基础上,提出了一种适合于数值模拟的三维工程地质建模方法。该方法先构建模型的统一线框架,线框架由若干简单弧组成。以线框架为约束,对原始界面进行编辑与重构,保证界面之间的无缝连接。利用块体搜索方法形成若干由编辑后的界面围成的块体,组成无缝模型。通过界面的复制与平移,解决超薄层块体问题。对于超小夹角块体,将交线两侧的三角形单元适当地绕交线旋转,增大夹角,以提高网格质量。利用网格前沿方法将无缝模型剖分成四面体网格,并结合岩体质量分级,形成适合于数值模拟的计算模型。在某水电工程的坝基稳定性分析项目中,利用该方法为FLAC3D建立了计算模型。更多还原 AbstractFilter('ChDivSummary','ChDivSummaryMore','ChDivSummaryReset');     

3D-GSIS geotechnical modelling of tunnel intersection in soft ground: the Second Heinenoord Tunnel, Netherlands

A 3D subsurface geotechnical model was developed for the Second Heinenoord Tunnel in a 3D-geo-scientific information systems (3D-GSIS) environment. The model is developed through the establishment of a 3D-subsurface model, a tunnel geometrical model, a 3D-grid (block) model, and the application of geostatistical modelling. The model was utilized for the analysis of tunnel boring machine geomechanical performance with a quantitative volumetric analysis. The study demonstrated the applicability of 3D-GSIS in modelling complex subsurface geological conditions, which is the case at the project site with soft heterogeneous Holocene top layers. The methodology followed is applicable for feasibility and engineering analysis, and may also be used for production estimation and model based simulation with a link to knowledge-based expert systems.     

基于ANSYS平台复杂地质体FLAC3D模型的自动生成

由于 FLAC3D软件建模难度大,提出了一种快速建模方法,即以 ANSYS 有限元程序完成的复杂地质体建模、网格划分为基础,采用 Visual Basic 语言编写了 FLAC3D-ANSYS 接口程序,实现了 FLAC3D软件建模的直观、快速和自动化。通过新疆下坂地水库坝址区和北京地铁四号线车站三维建模实例检验了该方法的有效性和可行性。该方法是运用不同程序优点解决复杂工程地质问题的典型范例。     

工程地质三维建模及分析系统设计研究

 采用边界表示(BRep)结构和TIN模型的混合数据结构，借助GIS技术，开发集基础数据管理和三维地质建模为一体的工程地质三维建模及分析系统。采用TIN模型来拟合构造复杂的地质曲面，提出包括直接由离散点生成TIN模型、或由地形等高线生成TIN模型，以及由规则格网数据生成TIN模型的多种构造方法，并实现地质层面TIN模型的求交、裁剪，以及缝合等关键技术；引入颜色、纹理等“渲染”技术，实现地质信息的逼真表达；此外，探讨基于三维地质模型的任意地质剖面分析、岩土体分布面积和体积计算等基本分析技术，最后将系统应用于滑坡、高边坡、水利水电以及公路边坡开挖等工程地质三维建模和分析中，验证该理论及系统的可靠性和通用性。     

基于iS3平台的岩体隧道信息精细化采集、分析与服务

由于岩体工程的复杂性和隐蔽性,传统的建模和分析方法难以满足较高精度的要求。针对此问题,在基础设施智慧服务系统(i S3)平台框架内,将一系列岩体隧道工程中高精度采集与分析方法及技术进行了改进和高度集成,形成一套针对岩体隧道的精细化采集、分析与服务系统,并应用于工程实践。其中,在信息采集方面,采用三维数字照相与三维激光扫描技术,对岩体表面及节理面的几何信息进行高精度的采集与重构。在此基础上,自动化地生成岩体的数字模型,然后针对不同数值方法,使用三维网格剖分或块体切割技术,将数值分析所需要的数据,集成到依据工程信息自动生成的数字模型中,实现岩体隧道的数字数值一体化。在数值分析方面,采用基于三维非线性破坏准则的有限元连续分析模块,或者集成了三维关键块体分析与非连续变形分析(DDA)的非连续分析模块,可以针对不同的工程条件及需要,进行精细化的三维连续或非连续数值分析。将以上设备及软件模块,在i S3平台上从集成为高度一体化的系统,开发工程管理、信息展示、安全分析及辅助设计等功能,以精细化、定量化分析结果为依据,实现精细化和远程化的工程辅助决策与服务,并在多个岩体隧道工程中进行了应用。     

FLAC3D复杂模型interface建模方法探讨

针对FLAC3D中复杂模型接触单元(interface)建模难的问题,利用ansys强大的前处理功能,探讨了适用于岩土工程全过程数值模拟分析的复杂模型“先实体面后接触面”的interface建模方法。并将该方法运用到实际的工程数值计算过程中,验证了该建模方法的有效性、实用性,对今后的FLAC3D的接触面的建模过程具有重要的参考价值。     

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。     

区域场地近地表速度结构建模研究

近地表速度结构是全面考虑城市区域场地地震效应,精细模拟地震动场及建筑群震害的基础.针对复杂交错沉积的区域场地,建立了先基于工程地质先验信息限定交错土体边界,利用序贯指示模拟求解各类交错土体空间概率分布,再依据剪切波速与工程地质结构的空间相关关系,借助序贯高斯模拟构建波速结构模型的方法;在搜集分析钻孔波速资料基础上,构建...