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。     

边坡工程中监测数据场三维云图实时动态可视化方法

实现监测物理量空间数据场的三维实时动态可视化表达,是边坡工程安全监测三维可视化在线分析的关键。空间数据场三维可视化最直观的表达形式是三维云图,其绘制方法包括面绘制和体绘制,而体绘制方法是实现三维数据场实时动态云图绘制的首选方法。鉴于X3D灵活的场景交互和丰富的三维几何造型节点,通过生成用于监测数据场三维云图显示的几何载体TEN模型,在提取监测点坐标并形成监测数据场的基础上,应用空间插值算法得到TEN网格节点的监测物理量数值,并按照特定颜色表映射到网格节点的颜色域值,提出基于X3D技术的空间数据场三维云图体绘制方法。以某水电站坝肩边坡和某水电站谷肩堆积体为例,应用该方法实现边坡和堆积体监测数据场三维分布云图的实时动态可视化显示,直观地揭示监测对象的变形趋势和可能的变形破坏模式,为该方法在水利水电和岩土工程的边坡及地下工程安全监测领域的应用提供参考。     

铲状断层三维可视化建模及矢量剪切

断层构形非相似性问题制约着三维可视化建模的发展,铲状断层表现得尤为典型。针对铲状断层非相似结构特征,提出构形相似性建模法,通过铲状断层剖面几何构形进行相似性转化,对铲状断层上、下盘单体进行属性编码赋值,确定单体空间拓扑关系,力求为地质、数学、计算机三方均可接受。采用三维Geo-View——三维可视化地学信息系统软件,基于铲状断层剖面资料建立铲状断层三维数据体,实现铲状断层三维地质体的矢量剪切,包括倾向、走向、水平向和斜向矢量剪切。该建模方法可以为其他三维可视化软件在解决断层建模方面提供借鉴,在岩土工程、盆地模拟、矿山地质等三维可视化应用领域有一定工程价值。     

管线三维可视化建模

从基于切片建立三维几何模型的思路出发采用三维Delaunay算法提出了一个新的地下管线(或地铁区间隧道)的三维可视化建模方法。该方法能自动对弯管建模进行处理,适于快速建模且适用面广。建立的管线三维可视化模型采用三角形片面边界表示,有利于管线数据结构的表达与快速可视化,及拓扑查询、面积体积运算等空间分析操作和应力应变分析、地铁、管线规划等专业领域应用。     

基于3ds Max和VRML的连云港虚拟现实研究

结合VRML技术和3ds Max 强大的三维建模优势,能够实现场景的虚拟动态交互.文章采用非沉浸式虚拟现实技术,结合VRML和3ds Max技术构建连云港地区花果山、西大堤等地的虚拟现实场景,在真实场景模拟的基础上实现场景的缩放、漫游及地质数据的查询、更新等功能,实现虚拟现实在除虚拟校园等规则空间之外的应用.     

高陡边坡稳定性评价与优化设计集成技术研究

为提高复杂地质条件下高陡边坡建模、稳定性评价与优化设计的准确性和效率,依托城门山铜矿高陡边坡,提出了一套融合地形信息、地质信息与力学信息的集成技术。充分利用已有地质数据,应用Dimine数字采矿软件系统平台,提出基于勘探线地质剖面建立高陡边坡三维地质模型的方法,实现复杂岩体的三维可视化。对三维地质模型进行剖切运算获得计算剖面,转换为AutoCAD绘图交换文件,导入Slide边坡稳定分析软件,实现数据文件在地质建模和力学分析软件之间的无缝传递。自动搜索求解计算模型的最小安全系数和临界滑动面,实现复杂地质条件下高陡边坡稳定性评价。最后,提出了一种基于二分法的边坡结构参数严格优化方法。     

MIDAS/GTS-FLAC~(3D)耦合建模新方法及其应用

针对FLAC3D面向复杂地质体与结构工程前处理建模存在的技术困难与不足,提出MIDAS/GTS-FLAC3D耦合建模新方法。即先利用MIDAS/GTS进行三维几何建模和网格划分,然后,基于对两类软件中单元、节点数据关系的差异分析,应用MATLAB编写MIDAS/GTS-FLAC3D接口程序,实现了MIDAS/GTS环境下建模的单元、节点信息导入FLAC3D的数据转换。通过下伏采空区矾水沟大桥-师婆沟隧道复杂工程建模实例,验证了MIDAS/GTS-FLAC3D耦合建模方法的可行性和有效性,为FLAC3D构建三维复杂工程模型提供了新的思路。     

连拱隧道工程地质三维建模与可视化分析及应用

工程地质条件是连拱隧道工程设计和施工必须重点考虑的因素。根据实际连拱隧洞工程的需要,采用三维地质建模技术建立起接近真实形态的工程地质三维模型,并以该模型为基础,设计了三维地质可视化分析函数,实现一系列的地质信息三维可视化剖切分析。该技术方法在隧道工程中的应用表明,地质三维可视化建模与分析技术可以满足地下隧道工程的地质分析需要,有效地提高工程设计和施工的效率与水平。     

高速公路边坡多元信息三维综合建模方法及工程应用

以不同类型高速公路岩土边坡为研究对象,考虑边坡三维精确地形、开挖地层、工程措施、监测设施、桥隧隧道、地下水位等多元信息,提出基于风化地裙和岩层界面地层模型的综合三维建模方法和可视化分析技术,在数据库平台的基础上,建立高速公路沿线边坡的信息分析系统,介绍了该系统在福宁高速公路滑坡和及其他典型边坡中的应用,对公路边坡地质条件、施工开挖与加固、监测信息等综合分析提供有效的技术支撑平台,也对同类工程具有借鉴意义。     

工程尺度地质结构三维参数化建模方法

三维地质建模是定量研究三维地质空间结构特征与变化规律的重要方法。然而,目前的地质建模方法仍然存在人机交互过多、反馈更新修改困难、建模周期长等局限,因此提出基于NURBS的工程尺度地质结构三维参数化建模方法。针对工程尺度地质结构对象,该方法包括地质曲线曲面形变参数化表达、三维地质参数化建模数学定义、工程地质的混合数据结构模型等,在三维可视化环境中实现地质点数据集(多波束水深点、等高线、钻孔点等)的参数化导入、地质结构面的参数化拟合、地质轮廓体的参数化生成,同时进行面与面和面与体的参数化切割、组合等一系列操作;随着地质数据源的变化,参数化地质模型可动态更新以适应不同阶段建模精度要求。实际工程应用表明,该方法相比传统建模方法的效率大幅提高,为较大尺度的工程地质对象建模提供了新的技术手段。     

盐岩地质三维建模及分析平台研发与实现

通过对不同领域地质三维建模和模拟分析相关技术研究现状的分析,结合盐岩地质特点和用途,应用3D GIS最新研究成果,设计实现了盐岩地质三维建模与分析应用平台,并对其中的关键技术方法进行了研究与实现。在完成了系统功能结构设计的基础上,利用Geodatabase数据模型对盐岩二维、三维空间数据进行组织与管理。在此基础上,利用面向对象程序设计技术,实现了细分虚拟钻孔构建和含盐地层三维建模与分析方法;基于声纳探测数据的盐腔三维表面拓扑重建技术和3D GIS空间分析的盐腔围岩三维体元模型构建方法,实现了盐岩地质体直接体绘制等关键技术。本文研究成果可以为盐岩地下溶腔的合理开采与利用提供有力的技术支撑和科学依据。     

虚拟现实技术在建筑表现中的应用研究

该文以宝幢幼儿园开发过程为例,介绍了利用VRML虚拟现实技术进行三维虚拟现实仿真的过程,重点阐述了三维场景建模、场景优化以及场景交互等在构建虚拟过程中涉及的关键技术,探讨了如何减小VRML文件体积、提高VRML文件的渲染速度以优化系统性能,并最终实现了交互式虚拟漫游系统。     

汤屯高速公路顺层岩质边坡变形机制分析及治理对策研究

通过对汤屯高速公路顺层边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC^3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡处于滑移弯曲–滑移拉裂复合型滑坡的初始阶段,边坡的变形受层间软弱夹层及岩体结构控制作用明显,坡体中上部块体沿层间软弱夹层产生滑动,受下部岩体约束,在坡体最薄弱部位–开挖面附近产生弯曲变形;受弯曲部位推力作用,第一级边坡碎裂岩体中逐渐产生剪切滑动面,并与弯曲部位岩体中滑移切出面贯通,最终破坏。基于变形机制分析的治理措施将重点放在控制碎裂岩体和潜在剪出口的变形上,监测结果表明,边坡达到稳定性要求。     

基于BIM的框架结构三维虚拟建模实验设计

近年来,我国土木工程施工技术有了日新月异的发展,其中最具代表性的无疑是BIM(建筑信息模型)技术。引入BIM技术为代表的虚拟现实技术作为施工教学实验,有效地解决了开设实体施工实验的难题。以基于BIM的框架结构三维虚拟建模实验设计为对象,采用理论分析、实验验证等研究方法,设计了框架结构三维虚拟实验方案,并编制了上机手册、实验任务书、实验报告编写指示书。通过Revit软件虚拟创建信息模型的实验教学,促进学生对BIM理论知识的理解及信息模型创建方法的掌握。     

三维边坡稳定性极限平衡分析系统软件SLOPE3D的设计及应用

为了拓展三维极限平衡法在实际工程中的广泛应用，边坡稳定性分析可视化系统软件SLOPE^3D被研制和发展。它由前处理、极限平衡分析求解器和后处理3部分组成，前处理核心是构造三维边坡地质模型，后处理主要是计算结果分析和可视化图形显示。该系统将边坡工程地质信息三维可视化技术和稳定性分析有机地结合起来，由于其良好的用户界面和高质量的三维图形显示能力，使人们能够容易地将其应用到实际边坡工程问题中。     

水电站进水口岩石高边坡及坝坡与洞室相互作用的三维数值分析

对一典型的反倾向层状结构岩质高边坡进行了非线性三维数值模拟。数值模型中同时模拟了依存于高边坡的一个进水口大坝和坝下的4个引水隧洞，并且考虑了高边坡的复杂地质条件、支护措施和开挖工况。运用此数值模型研究了开挖卸荷、大坝生成以及水库蓄水对高边坡的应力、变形状况和稳定性的影响。研究结果为工程建设提供了有意义的参考。     

基于BIM技术的岩溶发育区岩质高陡边坡稳定性分析

为解决岩溶发育区岩质高陡边坡研究中特殊地质情况无法可视化表达,以及在复杂地质情况下边坡稳定性分析的数值模拟模型与实际情况不匹配、分析结果不够精确等问题,提出了利用BIM技术对岩溶发育区岩质高陡边坡进行建模并通过多种有限元方法进行对比验证及分析的解决方案。以桂林市兴安至阳朔公路延长线工程K5+420～K5+740段为工程背景,通过地质勘察、钻孔电视、赤平投影和取样试验得到岩土体强度参数等数据,采用钻孔建模与剖面建模相结合的混合建模方法,创建该段边坡BIM三维数字地质模型,将精细化的BIM模型通过布尔运算剖切最不利剖面,无损导入有限元分析软件,并通过有限元分析方法以及摩根斯坦-普拉斯法对该段边坡工程从自然工况到支护加固工况的稳定性及失稳过程进行分析,提高了计算效率和精度。分析了边坡在各种工况下的安全系数、位移及应变云图,查明了边坡在自然工况下易失稳破坏的原因,并进行了支护后再验算。结果表明:在复杂地质情况下构建三维地质模型并结合有限元分析方法进行边坡稳定性分析,其安全系数达到稳定标准; 该研究提高了边坡工程效率,并为边坡工程的设计及施工提供了技术支持和科学依据。     

数字地下空间与工程

从当今信息化技术在岩土及地下工程的研究现状与趋势出发,系统完整地提出了数字地下空间与工程的概念,即为地下空间与工程提供开放的信息组织方法和信息发布框架,建立完整的数据标准及数据处理方法,并提供可视化手段及相关软件。首先对地下空间与工程的基本理论框架体系进行了研究,分别从工程、信息、服务和软件架构四个角度对体系进行描述和定义,给出了地下空间与工程的数据分类体系与数据标准化方法,将地下空间与工程中的对象建模分为地质体建模、地下管线建模和地下构筑物建模三大类,并对建模方法分别进行详细阐述。然后对空间查询与空间分析方法进行了探讨,在三维可视化与虚拟现实技术方面,提出了应用时应当遵循的一些基本准则。最后结合上海长江隧道的实际工程,进行了尝试和应用。研究结果表明,数字地下空间与工程是一个信息的发布与共享平台,也是一个地下空间与工程的数字化博物馆,通过它能使复杂的地下空间与工程透明化,真正实现对庞杂的工程资料综合动态管理,提高数据可视化程度,充分体现出工程信息的价值,提高工程效率,实现工程智能决策。还阐述下一步应重点开展的一些研究工作。