基于Surfer平台的FLAC3D 复杂三维地质建模研究

复杂三维地质体模型的建立一直是FLAC^3D软件前处理过程中的一个难题。因此,提出以Surfer软件为过渡平台,通过对地表及岩层分界面三维地质信息的提取、转换,并将Surfer输出的数据经由FLAC^3D软件内嵌的Fish语言编制的程序的二次转换,生成FLAC^3D软件可以直接读取的模型数据文件,从而实现了该软件前处理过程中复杂三维地质模型的快速、准确建立。同时结合工程实际,检验了该方法的可行性和仿真效果,结果表明,建模过程简捷、实用,可操作性强,是FLAC^3D软件前处理的一种新方法。     

CAD软件在工程地质三维建模中的应用

如何快速、准确地建立地质体的三维模型一直是众多岩土工程数值模拟工作者所面临的难题。虽然三维地学模拟软件具有很好的三维地质建模能力,但是由于数据结构的差异,采用他们现行三维地学模拟软件建立的地质模型难以导入数值模拟分析软件中,以为相应工程问题的数值模拟服务。目前,随着各种CAD、CAM软件行业的的飞速发展,涌现出了许多优秀的三维建模软件,而且这些软件大都与现行数值分析软件有着良好的数据接口功能。据此,本文提出了采用现行CAD软件来建立工程地质体的三维模型,使得建立的模型达到既"可视"又"可算"的目的。将其应用于云南某高速公路边坡的三维建模中,证明了该法具有方便、快捷和合理等优点。     

水库设计的三维可视化研究

为了提高水库设计的自动化水平,实现模型的三维可视化,本文研究了三维地形的建模方法及其在水库设计中的应用。采用了地性特征点和地性线参与三维建模的方法,提高了数字高程模型DEM的地形逼真度。在此基础上通过一种综合了水平线和覆盖消隐算法的合成消隐算法实现了彻底的消隐以及图像的快速生成。通过三维水库模型,不仅可以得到水库的容量、库水的淹没边界和淹没面积,而且还可以生成地形剖面图。如果地形剖面图与地质图、水文图、构造图等进行叠加,可以形成综合剖面图。文章最后采用三维可视化方法模拟了某水库的部分设计工作,结果表明,通过水库的三维地形模型可以简单直观的完成坝址的选择、水库容量以及蓄水的水位线的确定等方面的工作。     

溶蚀岩体三维随机洞体数学模型的设计

溶蚀岩体是地质体中一种特定的岩体 ,它在水流等自然因素作用下 ,生成了许多溶蚀洞体 ,本文首先对作为其载体的三维地质体进行数学描述和显示 ,然后对如何确定椭球洞体形状和大小、复杂洞体的生成、三维随机洞体的数学模型以及确定性洞体的数学描述和计算机显示进行了详尽的阐述。本文提出的溶蚀岩体三维随机洞体的数学模型为溶蚀岩体的溶蚀率和渗透特性的研究提供了可视化手段 ,能够有力地指导溶蚀岩体三维随机洞体的计算机显示的编程实践     

地形三维可视化在川藏公路典型路段中的应用

利用地形平面图的数据和有关区域地质资料的数字化方法实现川藏公路典型路段三维地形的显示和实时浏览,为进一步利用地理信息系统进行研究区地层岩性、地质构造和地质灾害分布的叠加分析进行地质灾害研究提供了矢量化的地形底图。川藏公路典型路段的三维地形可视化工作对于川藏铁路的选线、绕避不良地质灾害的发生和开凿铁路隧道的位置选择等将会有一定的参考价值。     

混凝土破裂过程的三维数值模型

利用混合同余法产生了随机变量,将混凝土中的骨料简化为球体,采用循环比较法将随机变量赋给球心坐标(X,Y,Z),实现了混凝土骨料的空间随机分布,最终建立了三维混凝土数值模型。对模型整体进行单元剖分,将骨料、砂浆、界面层分别投影到该有限元网格中,采用多次网格划分技术完成模型网格划分。通过对算例进行有限元计算,结果表明该模型基本上反映了混凝土骨料分布的实际情况,较好地模拟了混凝土的不均匀性与各向异性,验证了建立该模型的方法是可行的。     

复合多层混合结构三维热传导分析

复合多层混合结构由不同热导率材料混杂组成。对于分析复合多层混合结构内部热传导机理以及非均匀温度场的复合混合结构热力耦合计算,常需要采用三维模型以得到较为精确的结构温度场分布结果。针对包含复合材料的多层混合结构的热传导问题,本文通过基于散度表示的一般瞬态三维热传导方程,利用Galikin法建立了复合多层混合结构瞬态三维热传导的有限元方程。对于复合多层混合结构单层材料过薄,引起的沿厚度方向划分单元的困难,采用等效三维单元使一个单元内包含一个或数个材料铺层,并在沿厚度方向热导率变化剧烈的情况对单元进行细化。数值仿真结果表明该方法网格划分灵活,计算结果较为理想,同时由于其拓扑结构包含的信息较为充分,能够实现多物理场条件下的耦合分析。     

基于多尺度方法的三维编织C/C复合材料弯曲失效特性分析

为了预测三维编织C/C复合材料的弯曲失效行为,基于多尺度渐进展开理论,结合细观渐进损伤模型,建立了三维编织C/C复合材料宏细观多尺度分析模型。通过商业有限元软件ABAQUS用户子程序UMAT的二次开发,在宏观结构有限元分析中实时调用细观单胞模型进行细观渐进损伤分析,实现了宏细观尺度之间交互式信息传递和多尺度损伤模拟。利用上述模型对三点弯曲载荷下三维编织C/C复合材料梁的渐进损伤和失效过程进行了模拟,预测了梁的载荷-挠度曲线和弯曲强度,并与实验结果进行了对比分析,验证了基于多尺度方法的三维编织C/C复合材料弯曲强度预测模型的有效性,为此类材料及结构失效分析提供了一种手段。     

解三维摩擦接触问题的一个二阶锥线性互补法

针对三维摩擦接触问题的求解,给出了一种基于参变量变分原理的二阶锥线性互补法. 首先,基于三维Coulomb摩擦锥在数学表述上属于二阶锥的事实,利用二阶锥规划对偶理论,建立了三维Coulomb摩擦接触条件的参变量二阶锥线性互补模型,它是二维Coulomb摩擦接触条件参变量线性互补模型在三维情形下的自然推广;随后,利用参变量变分原理与有限元方法,建立了求解三维摩擦接触问题的二阶锥线性互补法. 较之于将三维Coulomb摩擦锥进行显式线性化的线性互补法,该方法无需对三维Coulomb摩擦锥进行线性化,因而在保证精度的前提下所解问题的规模要小很多. 最后通过算例展示了该方法的特点.      

离散元法在求解三维冲击动力学问题中的应用

提出了三维连结型离散模型,建立了可实现连结型模型(用于连续介质)-接触型模型(用于非连续介质)转化的三维离散元计算程序,用来模拟连续介质转变为非连续介质的力学过程．利用该计算程序对冲击载荷下混凝土块体内(连续体情况下)的应力波传播过程进行了数值模拟．将计算结果的数值与LS-DYNA程序计算的结果进行比较,验证了该计算程序的计算精度．在此基础上,模拟了混凝土块体的动态破坏(连续介质向非连续介质转化)过程．其计算结果可用动画显示,得到的破坏形式与由实验得到的破坏形式相近．两个算例说明该离散元模型及其计算程序是模拟计算伴随有连续介质向非连续介质转变的动态破坏问题的有力工具．     

青藏铁路多年冻土工程地质特征及其评价

青藏高原多年冻土是地质历史时期高海拔寒冷气候条件下的产物,也是青藏铁路建设的三大难题之一;而多年冻土工程地质特征及其评价工作是作出合理、可靠的工程设计的基础。结合青藏铁路沿线多年冻土区的15个地形地貌分区,在青藏铁路多年冻土区选择了70个典型断面进行了地质勘查,采用地质钻探和室内试验相结合的方法,研究了各区的工程地质特征并对其工程地质类型进行了评价。研究表明:青藏铁路多年冻土区冻土类型多样,高含冰量冻土、厚层地下冰广泛分布,不同区段地温差异性较大,工程地质条件复杂多变,良好、一般、不良和极差的工程地质区段交错分布。     

长江三角洲环境地质调查评价GIS管理系统建设初探

长江三角洲是一个人口稠密、经济高度发达的地区 ,该区地质结构复杂、环境地质条件十分脆弱 ,长期以来因过量开采地下水 ,形成大面积区域性水位降落漏斗 ,诱发了相当严重的地面沉降、地裂缝等地质灾害 ,给当地经济可持续发展带来严重威胁。本文从开展长江三角洲环境地质调查评价的现实意义出发 ,探讨了长江三角洲环境地质调查评价GIS管理系统的系统目标、开发模式以及实现步骤 ,概括介绍了系统所应具有的功能 ,为长江三角洲项目信息系统建设提出了一条可行性思路。     

基于GIS广州市主城区地面塌陷危险性评价

地面塌陷是珠江三角洲城市地质灾害的主要类型之一。广州市主城区地面塌陷频繁发生且损失严重。采用信息量数学模型与GIS技术结合对其地面塌陷灾害进行危险性评价。选取了断裂构造、地壳稳定性、第四系覆盖层厚度、基岩岩性、地下水动力条件、地表人类活动强度和地下活动强度等7个指标中的21个变量构建了危险性评价指标体系,应用ArcGIS软件参与了数据的采集、管理、分析和评价结果表达等过程,将广州市地面塌陷灾害危险性分为极不稳定级、不稳定级、次不稳定级、基本稳定级和稳定级5个等级,极不稳定级主要分布在主城区西北角,次不稳定级分布面积最广。研究结果表明:复杂的地质环境和剧烈的人类活动相耦合,加剧了地面塌陷的发生。     

广东沿海陆地地质环境质量定量评价研究

广东沿海陆地不仅是我国经济较为发达的地区 ,而且也是地震、水土流失、崩塌、滑坡、地裂缝、地面沉降、岩溶塌陷、软土地基形变等地质灾害较为频发的地区。基于对广东沿海陆地主要物理地质灾害形成条件与影响因素调查、统计与分析 ,将广东沿海陆地地质环境质量划分 :构造稳定性、斜坡稳定性和地基稳定性三个质量层面 ,进而构造了隶属三个层面的指标体系 ,该指标体系包括活动断裂、地震活动、地形起伏度、斜坡坡地、冲沟切割密度、水土流失程度、崩滑面密度、土体承载力和地裂缝面密度 9个指标。基于地质环境质量五值逻辑等级取值 :优等、良好、中等、较差和差等 ,对评价指标进行了相应地量化分级取值和标准化处理 ,在建立指标专家权重体系和线性隶属函数的基础上 ,构造了模糊数学综合评价模型。基于 Fortran程序对 190个剖分单元指标数据进行了模型运算 ,将广东沿海陆地地质环境划分为五个质量级共 17个地质环境质量单元。     

砂井地基的一个简化计算模型

基于三维有限元方法,提出了一个预测和评价砂井地基的简化计算模型。该计算模型采用块体单元模拟砂井周围的土体,用砂井单元模拟砂井的竖向排水和水平排水过程,并且推导了反映土体单元和砂井单元之间排水过程的连续性方程。克服了以往有限元法计算砂井地基时,需要将砂井和周围土体作均质化等价的缺点,并可用弹塑性模型反映砂井周围土体的非线性变形和强度特性。计算了单个砂井地基固结排水过程。通过和理论解的比较表明,用本文简化计算模型得到的结果和理论解比较接近。同时,还计算了日本某高速公路路基用砂井 堆载预压法处理的过程,通过分析表明,该简化模型能反映砂井地基的固结排水过程,可以应用于实际工程。     

Equivalent boundary model of lunar soil drilling simulation by DEM

Aiming to solve the computational cost problem in the discrete element simulation for lunar soil drilling sampling, an equivalent boundary method was proposed. A high-accuracy DEM model of lunar soil was established firstly. As the novel alterable constitutive law, the accuracy of the model was verified to meet the performance of real lunar soil very much both in shear strength indices and elastic–plastic behavior. A common drill bit in the geological exploration field for sampling soil was chosen as the simulation object. In preanalysis, it was known that with the increase of drilling depth, the stress concentration area was always near the drill bit, while the affected area of the lunar soil was a cylindrical area around the drill pipe, which extended towards the drilling direction instead of extending around it. Then a big boundary drilling simulation scene was established to investigate the flow direction of lunar soil particles. The motion law of particles and the velocity field information were obtained, and a U-shape chain was described around the drill bit. Finally an equivalent boundary was set near the U-shaped chain, and the size was determined by comparing the soil stress in the fierce collision zone and around the reference boundary. This method could be a reference for other lunar soil drilling researches with other drills of different sizes.