浅谈工程地质三维建模与可视化

现有的地理信息系统(GIS)都主要表达二维的地表地物的图形和属性信息,要扩展到真三维包含地下地质结构的地质信息系统还有差距。本文分析了工程地质体三维建模与可视化研究的关键技术问题,并结合某水电工程坝址区的三维地质建模进行了初步开发和应用。     

四面体有限单元覆盖的三维数值流形方法

构造三维流形单元的覆盖函数和总体位移函数，基于最小势能原理建立四面体有限单元覆盖的三维数值流形方法分析格式，详细推导了三维流形单元的刚度矩阵、初应力矩阵、荷载矩阵、惯性矩阵、位移约束矩阵和接触矩阵，并给出了相应的公式和算例。     

180°三维弯道水流的数值模拟研究

针对180°弯道水流的水流特征,应用各向异性的Reynold应力紊流模型,VOF法跟踪自由表面,数值模拟shurky强弯道水槽试验。结果表明,整个弯道水面是扭曲的,水流由直段进入弯段后,形成具有一定倾斜角度的横比降,表层流速偏向凹岸,底层流速偏向凸岸,整体上表现为螺旋流运动。采用该紊流模型能够很好的模拟弯道环流双涡二次变化过程,为深入分析弯道水流特性提供了科学的的方法。     

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。     

堆石混凝土三维力学模型建模方法

为建立堆石混凝土三维力学模型,首先采用三维随机多面体来模拟堆石颗粒,提出了堆石颗粒的空间随机分布算法和密实算法;其次提出了自密实混凝土填充算法,生成了堆石混凝土三维力学模型;最后利用建立的三维力学模型,分析了单轴受压条件下,堆石混凝土结构组成对其力学性能的影响,并将计算结果与试验结果进行了对比.结果表明:所建立的堆石混凝土三维力学模型不仅能够反映堆石颗粒大小、形状和空间分布的随机性,还能反映其密实过程和堆石体骨架对堆石混凝土力学性能的影响,具有一定的可靠性,可以弥补试验条件的限制,为进一步研究堆石混凝土力学性能提供参考.     

地下工程施工模型数字与数值一体化自动建模方法

借助数字模型能最大程度地表达实际物体,考虑地下工程施工过程的特点,将地质模型与构筑物模型和数值模型相结合,提出一种新的地下工程施工过程有限元建模方法--CDIM模型转化法.其核心思想是将三维数字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:①根据计算范围对数字模型进行区域切割;②从切割模型提取控...     

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。     

适于海量数据的三维地层建模方法

三维地层建模是地下空间数字化的一个关键步骤。基于钻孔数据的三维地层建模,通过人机交互方式可以取得较好的效果,但这种方法有两个关键问题,一是建模涉及到大量的空间曲面关系的判断,过程复杂烦琐;二是海量数据建模速度较慢。在此针对这两个问题展开研究。对于第一个问题,提出了参考TIN和界面分片思想,借助多属性空间数据插值方法,动态建立搜索区域,使得复杂地层建模思路清晰,便于实现;对于第二个问题,按地层缺失情况,将整个研究区域动态划分为若干子块,分块处理海量数据,提高了建模效率。依据该建模方法,最终能够生成具有严格几何、拓扑关系的各地层界面模型。该建模方法具有快速处理海量数据和减少用户干预建模的特征。同时,该方法充分考虑了钻孔间距、地层厚度对尖灭处地层属性的影响,对于处理钻孔空间分布的不均匀性,有一定借鉴意义。     

国内三维建模方法对比与思考

基于三维建模技术丰富的内涵展开论述,详细探讨了三维空间模型及其构模方法,并对比分析了目前常用的10种三维构模方法（或建模技术）的优缺点及适用场合。     

外环线沉管隧道地震响应的三维数值模拟

为确保上海外环线沉管隧道的抗震安全,采用高性能计算机进行了沉管隧道地震响应的三维数值模拟研究,介绍了隧道的三维模型、计算参数,并对沉管隧道总体进行了地震响应分析。     

岩质工程地质体三维球颗粒计算模型可视化建模

针对难以为离散数值方法建立复杂地质体计算模型的问题,以VC⁺⁺基础类库（MFC）为开发平台,编写三维球颗粒数值计算模型建模程序。利用开放图形程序接口OpenGL,在程序中实现建模可视化。开发的地表开挖算法及坑道开挖算法可使模型形成复杂地表和各种坑道空间。建模实例表明程序具有建立大型复杂地质体球颗粒计算模型的能力,可适应各种常见的工程地质体建模,有助于促进DEM、DDA等离散数值方法在大型工程中的推广应用。     

向家坝水电站Ⅶ坝址三维地质建模研究

以向家坝水电站Ⅶ坝址为例,讨论了三维地质建模的几个关键问题及其处理方法：①多源数据的整合方法;②采用Laplace插值点和原始数据点共同构造地质曲面的方法;③基于裁剪的近层状地质体的构造方法.展示了向家坝Ⅶ坝址三维地质模型在显示、自动成图、虚拟现实漫游和三维数值计算等方面的应用效果.     

向家坝水电站VII坝址三维地质建模研究

以向家坝水电站VII坝址为例,讨论了三维地质建模的几个关键问题及其处理方法:①多源数据的整合方法;②采用Laplace插值点和原始数据点共同构造地质曲面的方法;③基于裁剪的近层状地质体的构造方法。展示了向家坝VII坝址三维地质模型在显示、自动成图、虚拟现实漫游和三维数值计算等方面的应用效果。     

基于GIS的太原市活断层三维建模

针对目前三维地质建模技术不能真实反映实际地层与复杂结构面相互交切关系的综合三维特征信息,本文提出了一种在ArcGIS环境下了利用浅层地震探测资料构建三维地层和断层模型的新方法,该方法通过对浅层地震探测深度剖面进行"微分",设计构建了三维地质模型的算法,利用AOVBA开发方式进行了程序的开发,对太原市活断层探测区域第四纪地层剖面和断层断面进行了三维地质可视化建模。     

基于三维地质模型的坝基灌浆工程可视化分析

利用 Struts 和 Hibernate 技术,对灌浆数据进行采集和整理,在灌浆分析系统中将这些灌浆数据转化为三维灌浆孔模型,实现三维地质模型和灌浆数据耦合;在耦合模型的基础上对灌浆效果进行可视化分析：对任意排灌浆孔模型进行三维地质模型剖切,揭示每排灌浆孔模型的不良地质体垂直分布情况;通过改变单位注灰量较大灌浆孔模型的颜色属性,耦合其对应的三维地质模型,从而实现单位注灰量在地质模型中的可视化分析;在灌浆参数基础上自动生成其对应的综合剖面,将地质条件耦合到剖面中,赋予综合剖面图地质信息属性;通过对任意灌浆孔段进行地质信息数字化,明确每个灌浆孔段是否通过不良地质体以及各个不良地质体的高程分布;以施工单元为基准,对单位注灰量和地质信息进行耦合统计分析。通过工程应用实例表明,基于三维地质模型对整个坝基灌浆工程的可视化分析,可以有效指导灌浆工作并能对灌浆效果做到及时、有效的反馈分析,为工程管理人员做出快速的决策提供可靠的依据,从而提高工作效率和工作水平。     

基于地质三维建模的矿床蚀变带深部资源预测方法

随着矿产资源需求的持续增加,加之浅表矿产资源的逐渐匮乏,如何有效开发深部矿产资源成为国家重点研究课题之一。以往二维矿床信息无法确定精准的深部资源储量,阻碍矿产资源的开发进度,本文提出基于地质三维建模的矿床蚀变带深部资源预测方法研究。应用地质三维建模软件（GOCAD）与计算机技术,构建矿床蚀变带深部地质三维模型,以此为基础,确定最佳单元尺度,划分矿床蚀变带深部地质统计单元,提取矿床蚀变带深部地质变量,计算地质变量权重数值,探究深部地质统计单元之间的联系度,基于三维证据权法预测矿床蚀变带深部资源。实验数据显示：应用该方法获得的矿床蚀变带深部资源预测误差最小值为1.01%,充分证实了该方法的深部资源预测精度更高。     

基于3Dmine的矿山三维地质建模研究

为实现三维可视化及推动数字矿山建设,通过3Dmine矿业工程软件创建了牛倮河铅锌矿区三维地质模型。在矿山已有地质勘查资料的基础上,结合2018—2019年新增地质调查工程,建立了矿山的地质数据库,并且构建了矿山的地表、地层、断层、矿体和块体模型,实现真实直观的三维可视效果。同时运用距离幂次反比法,快速、准确的估算出资源量,大大提高了工作效率,降低了矿山成本,方便日后找探矿设计、勘查报告以及采掘方案编制等。