基于MeshPy的3DGIS与三维有限元数值计算无缝耦合方法

3DGIS与有限元数值计算耦合方法及其系统开发,是目前GIS与岩土工程交叉学科的重要研究内容。通过对MeshPy、GRASS GIS、vtkPython以及Scipy等多个开源库的探索与编程实践,以Python为“黏合剂”,构建了GIS与三维有限元数值计算无缝耦合的平台框架。在满足几何形状、Delaunay特性、角度、面积以及体积等约束条件下,通过MeshPy包含的Triangle与TetGen库获得能用于有限元数值计算的三角形与四面体网格,并阐述了限定Delaunay三角化（CDT）节点插入算法与四面体网格质量控制方法。以排土场为例,针对CDT网格建立的地表模型,结合vtkPython封装的模块与算法,提出了根据节点分布位置综合采用线性与三角形重心坐标的插值方法,有效消除了其他插值手段导致的部分地表高程畸变的现象。借助Scipy提供的矩阵运算模块,开发了邓肯-张E-? 模型,给出了采用中点增量法进行非线性求解的算法,并通过对室内大型三轴剪切试验的数值模拟验证了程序的正确性。最后,对准东露天煤矿北部排土场堆排过程开展三维有限元数值计算,结合GRASS GIS对排弃物料高度与厚度空间分布规律的分析结果,对排土场边坡位移变化规律进行初步研究,结果表明,排土场垂直位移与排弃料高度及厚度相关,而最大水平位移则出现在各台阶坡体边缘位置,与实际情况一致。     

FLAC3D在隧道初期支护与原岩条件的耦合问题的应用

为了更深入地了解施工过程联拱隧道围岩一支护结构体系的力学响应,并优化施工工序,以便在实际施工中根据具体情况和经济、技术水平调整施工步骤,对联拱隧道支护设计进行了三维模型分析。用FLAC^3D对双联拱隧道网喷混凝土初期支护设计,进行了力学响应动态分析模拟,分析了岩体支护前后围岩的变形及应力状态,对隧道围岩的稳定性和初期支护结构的安全性做出综合评判,得出了一些非常有益的结论,用以指导襄十高速公路双联拱隧道的施工,取得了较好的经济效益。     

三维粘弹塑有限元分析在隧道工程中的应用

通过三维粘弹塑有限元计算，分析了靠椅山双向隧道与行车横洞在开挖施工过程中，考虑初期支护和二次衬砌作用下围岩的流变变形特征及其稳定性。     

工程物探方法在隧道勘察中的应用

本文以陈庄隧道的工程勘察为例,讨论了运用综合工程物探方法对该隧道进行勘测的可行性,阐述了综合工程物探方法在查明风化层分层、断层、地下水分布等情况中的野外工作方法和技术,并对各物探方法所得的结果进行了单独解释和综合解释,避免了单一物探方法的多解性,提高了解释结果的可靠性,经钻孔资料验证,效果良好。另外,对在隧道开挖过程中可能遇到的断层、塌陷等情况也作了讨论。     

基于GIS与数值模拟软件耦合的三维边坡建模方法及其稳定性研究

基于地理信息系统(GIS)和数值模拟软件,提出了一套适用性强,运行流畅的三维边坡建模和模拟计算技术方案。此方案能充分利用复杂边坡的勘察历史资料,真正实现了从勘察数据处理-建立三维边坡模型-稳定性分析-结果反馈的边坡模拟全过程。为建立满足精度要求的模型,深入探讨了地表和土层的建模理论和方法,借助GRASS完成边坡的三维建模,并对已建模型进行详尽的误差分析,为量化建模质量提出了相应方法。用Python语言实现GIS和数值模拟软件的耦合,通过多个自主编写的程序和数据接口,完成不同平台间的数据传递和格式转换,避免了传输过程中数据的丢失或失真,还可深度挖掘已建模型的数据。借助杭口岭隧道工程实例,对此方案进行验证。分析结果表明,利用此方案建立的三维边坡模型,建模速度快,精度高,能准确地反映真实边坡的情况,并搜索到边坡潜在的最危险区域。     

信息化设计与施工及其在高速公路隧道工程中的应用

信息化设计与施工是工程领域的重要延拓，对信息化设计与施工技术及原理进行了分析探讨，提出以勘查和施工过程中的信息为设计和施工依据，是信息化设计与施工的主要内容。结合襄十高速公路双联拱隧道工程，应用有限元法对该工程施工过程中围岩稳定性进行了分析计算，利用现场施工监测取得的资料，对初始设计与施工进行了优化。     

三维地应力场的有限元模拟及其在隧道设计中的应用

现场地应力测量地点与工程所在位置,往往有一定距离,因而测点处的地应力常常不能代表工程所在位置的地应力状态.特别是在地形起伏及构造复杂的地区尤其如此.为此,本文通过三维地应力场的反演模拟,由测点处的地应力测量结果推知工程所在地点--青藏铁路羊八井隧道轴线上的地应力状态,为隧道的设计提供了地应力依据.     

物探在隧道工程勘察中的应用

简要介绍在复杂的地质地形条件下,隧道工程建设中物探勘察方法的选择及浅层地震、电法、声波测井等物探方法的应用和注意事项,为今后隧道工程建设中的物探勘察应用提供参考。     

地震CT技术在隧道工程中的应用

详细介绍了地震CT技术的原理及其特点，并结合工程实例，分析了它在隧道工程中对隧道前方地质情况进行超前预报的实用性，以及对工程施工的指导作用，指出了该技术在隧道工程领域的广阔应用前景。     

三角网格模型剖分方法的研究与应用

数值波场正演在地震学和勘探地球物理学领域正得到越来越广泛的应用,用一个好的方法来建立一个复杂的地质模型则显得尤为关键。三角网格模型相对于层状模型和矩形网格模型在反映地质界面形态、三角网格剖分个数调节及射线追踪速度等方面具有明显优势。利用三角网格剖分的建模方法,在VC2008编程环境下实现了复杂地质模型的描述。通过对复杂模型的建模测试,表明采用三角网格剖分方法,可解决以下模型难题：①对复杂模型界面的描述;②对复杂逆断层的描述;③对封闭块体的描述;④对模型弹性参数进行描述。