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《中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所)》 2004年
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工程岩体三维地质建模与可视化研究

王明华  
【摘要】: 工程岩体具有结构复杂性、赋存环境复杂性和工程利用复杂性,本论文旨在通过三维地质建模和可视化技术,实现地质现象和工程现象的综合表达,并对三维地质模型和力学分析模型的集成方法进行探索,主要工作包括以下几方面: 1.通过对与工程岩体紧密相关的三维信息层次结构的分析,建立了描述地表现象、地质现象和工程现象的规范化数据格式。 2.在对已有三维地质数据模型进行总结的基础上,提出了考虑工程岩体特性的三维表面-柱体模型,对该模型的几何特征和数据结构进行了分析。在该模型中,三维空间实体被抽象为点状对象、线状对象、面状对象和体状对象,地质界面由数字表面模型表示,边坡实体和洞室实体则由柱体模型表示。 3.研究了多层介质三维地质模型中工程开挖的可视化表达方法。根据工程作用和地质体的不同空间关系,采用相应的开挖算法。对于出露于地表的工程,诸如边坡、基坑等,采用多层DEM的代数运算方法;对于镶嵌于地下的工程,诸如隧道、洞室等,则采用斜切剖面的方法。 4.建立了工程岩体多源信息数据库,实现了数据输入、编辑、查询、排序、转换和统计分析等功能,以便为三维可视化和力学分析提供必要的依据。 5.采用面向对象方法和OPEN GL技术,设计了工程岩体三维可视化系统,实现了三维建模、旋转、平移、缩放、沿指定路径漫游和剖面绘制等基本功能。 6.采用紧密模式,进行了三维地质模型与斜坡稳定性二维极限平衡计算方法和三维最小势能计算方法的集成研究;采用松散模式,进行了地下工程三维规则格网模型与FLAC 3D计算模型之间的集成研究。 7.将三维地质建模和可视化技术应用到公路边坡开挖和海底隧道线位地质研究中,证明了该系统的有效性和实用性,并对同类工程具有一定的指导意义。
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