3D打印技术在岩石物理力学试验中的应用

3D打印技术在岩土工程领域的应用还处于初步探索阶段,但其可重复制造含复杂内部结构的试样是常规室内试验无法实现的。现阶段制约3D打印技术在岩石物理力学试验中应用的主要因素在于3D打印试样强度偏低,延性较强。初步探讨了3D打印后干燥时间、打印胶水浓度对试样强度的影响,在此基础上提出了最优化打印方案,使打印试样在强度和脆性方面均有很大提升;通过改变打印方向模拟了天然层状节理岩石的各向异性特征。研究结果表明,随着打印倾斜角度的增加,3D打印试样的单轴抗压强度先减小后增大,呈"U"型变化趋势,抗拉强度也随打印方向的改变出现明显的各向异性特征,这与天然层状节理岩石相关研究成果相似。研究成果可为3D打印技术在岩土工程领域的推广和室内试验研究提供参考。     

三维可视化地测信息系统的综合集成

针对国内矿山普遍缺乏三维地测信息系统软件的情况,根据矿山地测工作的一般流程,开发了地测信息管理系统、地质编录数字化软件及矿山三维图形处理系统,建立了矿山地测信息数据库,编写了相关软件的接口程序,实现了系统的一体化综合集成。该系统可通过接口的智能处理,将采集到的基础数据导入三维图形处理软件,并生成基础图件,从而实现地矿工程的三维建模。通过系统集成,实现了矿山地测数据处理及地测图件绘制的一体化管理。     

Visualizing complex pore structure and fluid flow in porous media using 3D printing technology and LBM simulation

Pore structures of porous media and properties of fluid flow are key factors for the study of non-Darcy groundwater flow. However, it is difficult to directly observe pore structures and flow properties, resulting in a “black box” problem of porous media. This problem has hindered the in-depth study of the groundwater flow mechanism at the pore scale. In recent years, 3D rapid prototyping technology has seen tremendous development. 3D printing provides digital models and printing models of porous media with clear internal structure. Thus, Lattice Boltzmann Method can be used to simulate the flow processes at the pore scale based on real pore structures. In this study, 3D printing cores and Lattice Boltzmann Method were coupled to conduct both laboratory and numerical experiments in spherical porous media with different sphere diameters and periodic arrays. The LBM simulation results show a good agreement with laboratory experimental results. With the advantages of LBM and 3D printing, this approach provides a visualization of the complex pore structure and fluid flow in pores, which is a promising method for studies of non-Darcy groundwater flow at the pore scale.     

基于3D打印技术在浙江缙云地区骨洞坑萤石矿矿床模型的应用研究

正1 3D技术研究现状3D打印技术(又叫"增材制造技术")是一种根据数字模型为基础,并且结合金属或者塑料等能够粘合的材料,通过逐层打印的方式对物品进行构造的技术,既解决了复杂零件难以整体制造的难题,又减少了机加工制造带来的原材料和能源浪费的优点3D打印技术的出现(史玉升,2016),对全世界制造生产方式产生重要的影响。目前3D打印快速成型用特种粉体材料大多是设备工艺厂商针对     

地矿行业3D打印技术的应用现状

随着地矿行业大转型的发展趋势,三维业务的需求日益增长。3D打印技术近年来蓬勃发展,作为新的应用切入点,相较于传统的制造工艺,更适用于制造精细、复杂、异形、多彩以及一定强度的地矿行业三维模型。通过国内外多项打印技术的对比,认为SLA、FDM、3DP、PolyJet等4类技术最适宜地矿行业模型定制化的打印需求。目前3D打印在地矿行业的测绘、城市地质、设计、矿山、科研、教学、地质环境等各方面均有应用,有较好的应用前景。受3D打印技术的制约,现阶段以打印单色或双色模型为主,且模型表面"台阶效应"难以避免。如何打印出色彩逼真且没有任何毛刺的物品,是3D打印技术在地矿行业应用的一大发展目标。     

基于三维扫描与打印的岩体自然结构面试样制作方法与剪切试验验证

无法大量制作表面形态完全一致的含自然结构面的剪切试样一直是困扰岩石结构面力学试验深入研究的难题之一。借助最新发展的3D打印和表面快速扫描技术,提出了岩石自然结构面试样制作新方法。该方法采用三维扫描仪获得岩石自然结构面表面形态的高精度点云数据,然后通过逆向工程软件重构自然结构面的表面形态和含自然结构面的虚拟剪切模型,进而通过3D打印技术制作含自然结构面的PLA（绿色环保材料聚乳酸）塑材模具,最后借助PLA结构面模具在制样盒内通过相似材料浇筑成型出剪切试样,从而实现批量制作结构面形貌完全一致的相似材料结构面剪切试样,满足多种组合试样方案下岩石自然结构面的深入分析。采用这一方法针对3种岩石自然结构面进行了批量制作和剪切试验测试表明：（1）浇筑制作成试样的结构面表面高程与原始结构面高程之间的误差分析显示,岩石自然结构面可以高精度地复制到剪切试样中;（2）相同剪切试验条件下多个剪切试样的剪切位移-剪切力曲线的重合度非常高,表明制作的结构面剪切样的一致性好且试验结果离散性小;（3）通过剪切结构面试样在剪切前后的表面形态扫描分析发现,相同试验条件下自然结构面的剪切破坏形态具有非均匀性。     

3D打印弯曲根系拉拔力学特性试验研究

天然根系具有不同弯曲形态,对根土相互作用特性影响极大。以往研究多将根系视为顺直,未充分考虑弯曲根系拉拔受力变形特征、破坏模式。利用3D打印技术制作弯曲根系,开展3种根径（2.0,3.5,5.0 mm）、5种弯曲度（1.00,1.05,1.10,1.15,1.20）的根系拉伸、拉拔试验,探索弯曲根系的拉拔力学特性。结果表明：根系拉伸特性受到弯曲结构和自身材料性质共同影响,根系最大拉伸力、拉伸变形刚度随弯曲度增加而减小,随直径增加而增大;根系峰值拉拔力随弯曲度增加呈先增大后减小,弯曲度1.15时最大,峰值拉拔位移呈类似变化趋势;弯曲根系齿肋挤压土体形成啮合作用,有助于增强根土相互作用;弯曲细根系的拉伸力和拉伸刚度低,更容易与土体协同变形承担拉拔荷载。弯曲根系受力变形与直根系差异极大,研究结果可为弯曲形态根系固土评价提供理论参考。     

面向三维地质建模的三维GIS软件中曲面表达与拓扑关系

讨论了面向地质勘探的地下真三维GIS软件研发中的曲面表达与三维拓扑关系。指出采用光顺拼接的高次三角曲面拟合技术对地质曲面进行精细表达在地质建模中具有重要意义,给出了自研软件"地质工程师三维助手"的曲面精细表达实现方法以及自适应曲面精细表达的思路;提出在曲面表达的3种方式(DEM、TIN、等高线)中,最受欢迎的是等高线方式的观点;对地下三维建模的拓扑关系与CAGD的拓扑关系进行了比较,并从地理信息空间模式的边界、余边界概念对三维拓扑关系进行了重新审视。     

复杂山区三维地震勘探方法的研究和应用

针对复杂山区三维地震勘探研究的主要技术难点, 阐述了所采用的技术对策以及所取得的地质效果。经过矿井生产的初步验证可知, 所采用的技术手段正确, 所取得的地质成果精度较高。     

重磁2.5D/3D互相约束反演技术在三维地质填图中的应用研究

三维地质填图为我国启动的新一轮地质调查项目,为提高重磁资料在三维地质填图中的应用效果,笔者提出重磁资料2.5D/3D相互约束重磁反演技术方案:利用重磁资料2.5D剖面反演结果、3D物性反演结果作为彼此反演约束条件,并通过了理论模型试验。试验结果表明,该技术方案使反演结果中物性参数、空间位置更接近理论模型体。通过对本溪—临江地区思山岭铁矿磁异常及酸性岩体重力异常进行反演实践——估算磁异常铁矿资源量、研究酸性侵入岩深部展布形态的效果良好,可为大面积三维填图提供有效途径。     

基于三维栅格数据的露天矿山储量动态监测研究与应用

矿产储量管理是矿产资源管理的基础工作、核心内容和关键环节。目前,国土资源部门的监管停留在被动接收信息的层面上,很难全面有效地掌握管辖区范围内的矿产开采情况。随着信息技术和空间技术的发展及大量地理信息系统在国土资源部门管理工作中的广泛运用,把先进的科技引入到矿山储量管理中,能够促进矿产储量的合理开发和有效保护。本文对常用于矿产储量计算的模型进行了比较,并对其综合运用及建立矿山储量动态管理信息系统进行了探讨,具有实用价值。     

3D打印交叉节理试件力学破裂特性研究

交叉节理普遍存在于实际岩体中,但其对岩体力学破裂特性的影响至今未有全面深入的研究。制作了含3D打印交叉节理试样,采用声发射、CT扫描技术和数字图像相关技术(DIC)分析手段对单轴条件下含交叉节理试样的力学及破裂特性进行了研究。研究结果表明:(1)主节理倾角较小时裂隙的分形维数DB与单轴强度、弹性模量和泊松比之间的变化关系比主节理倾角较大时的一致性更好,前者破裂模式的规律性好于后者。(2)主节理倾角较大时压密和弹性阶段节理和块体之间在张拉作用下会产生聚集性微破裂声发射事件,主节理倾角较小时不会产生这种现象。DIC应变云图中裂隙扩展路径上的微应变先于宏观破裂,可通过计算压缩条件下微应变最大区域预测破裂模式。(3)主节理对起裂角和裂隙扩展模式起主要作用,且声发射和分形特性具有统一性。次节理平行最大主应力时,总损伤主要由主节理扩展造成,累积声发射事件数量AAEE和DB均最大。AAEE和DB越大,破裂模式越复杂。(4)三维破裂模式以节理端部扩展产生的2~3个张拉翼裂隙面为主,内部三维宏观裂隙面上存在由不完全张拉破裂引起的非连续结构。     

The Glueckstadt Graben of the North-German Basin: new insights into the structure from 3D and 2D gravity analyses

The structure of the Glueckstadt Graben has been investigated by use of 3D gravity backstripping technique and by 2D gravity and magnetic modelling. Subtracting the gravity effects of the Meso-Cenozoic sediments together with Permian salt reveals a positive residual anomaly within the Glueckstadt Graben. This anomaly includes two local maxima over the Westholstein and Eastholstein Troughs. The 2D gravity models point to the presence of a high-density body within the lower crust of the Glueckstadt Graben. In addition, the results of 2D magnetic modelling indicate that the central part of the high-density body is overlain by an area with high susceptibility. Most probable, the formation of this high-density body is a result of complex poly-phase tectonic history of the study area. Finally, the results of gravity modelling indicate that Permian salt is not homogeneous. 3D gravity analysis and, especially, 2D gravity modelling have distinguished the differences in degree of salt saturation in salt-rich bodies, and elucidate the proportion of Rotliegend salt.     

堆石料三维边界面模型在FLAC3D中的开发与验证

堆石料三维边界面模型结合了统一非线性强度准则,可以反映三维应力空间堆石料的应变硬化、软化以及体积收缩和剪胀等传统本构模型难以反映的力学特性。基于三维边界面模型的基本理论,通过FLAC3D提供的二次开发平台,在VC++环境下实现了三维边界面本构模型的二次开发,并给出基于FLAC3D程序的边界面本构模型开发的关键步骤、编程要点和调试方法。利用开发的本构模型,开展了三轴压缩试验的数值模拟计算,并与理论值进行了对比分析。结果表明,嵌入在FLAC3D中的三维边界面本构模型能够较好地反映设定试验条件下的材料性能,而且三维边界面本构模型模型参数简单,都可从常规三轴试验获得,从而验证了三维边界面模型二次开发程序的优越性与合理性。     

三维可视化技术在地震资料解释中的研究与应用

应用三维可视化技术，可以对三维地震资料进行立体的、多方位的展示和观察，以研究地震资料的宏观特征和构造细节，最终达到提高解释精度，提高地质解释的合理性的目的。通过介绍三维可视化技术的发展现状及原理，说明三维可视化技术在三维地震资料解释中的应用方法，并列举了三维可视化解释软件在地震资料解释中的部分功能。     

煤层气储层三维渗透率变化规律实验研究

煤层气开发过程中,储层的渗透性是制约煤层气开发的重要因素之一。采用煤心室内流动实验的方法,对不同围压、不同流压下的煤心进行渗透率测试,得出其渗透率变化曲线;进而,对实验数据进行回归发现,煤心渗透率与围压之间存在幂指数关系,而模型参数与注入压差之间存在指数关系。分析三维渗透率流动实验过程得出,煤心渗透率变化为非可逆过程,煤心的左右方向对压力变化更为敏感;同时,在低压区,渗透率变化较快,而高压区变化平缓。因此,在煤层气开发过程中,要尤其注重低压区压力变化对渗透率的影响。     

断层的三维可视化建模研究

断层的三维可视化建模是实现断层三维动态模拟的前提和基础。本文在探讨三维可视化建模的数据模型及剖面插值方法的基础上,提出将混合插值方法与B-Rep模型结合起来用于断层建模。基于GeoView三维可视化地学信息系统,将其应用于临清坳陷东部的三维构造-地层格架建模中,效果良好。     

三维地震勘探技术在潞安矿区的应用

潞安矿区属黄土丘陵地貌,浅层地震地质条件较好,但由于矿区内村庄、工业矿区等地面建筑较多,严重影响数据采集质量。目前潞安矿区三维地震勘探存在的主要问题为：小构造遗漏较多,特别是5m以下的断层和20m以下的陷落柱;陷落柱的解释误差较大,影响巷道及工作面布置;时深转换不准确,煤层底板等高线出入较大;第四系厚度不准。虽然受测区地震地质条件和技术限制存在多解性和误差,但就潞安矿区已开展的三维地震勘探来看,采区三维地震勘探是潞安矿区精细化地质勘查的必要手段,其在煤矿生产的合理设计、采区的合理划分及巷道、工作面的合理布置等方面发挥了重要作用。     

Delineation of potential exploration targets based on 3D geological modeling: A case study from the Laoangou Pb-Zn-Ag polymetallic ore deposit,China

The Laoangou Pb-Zn-Ag polymetallic ore deposit (LAG) is a hydrothermal vein-type deposit in the East Qinling polymetallic metallogenic belt, which is controlled by NW-, NE- and nearly SN-trending faults and mainly hosted in the dolomite marble of Meiyaogou and Baishugou formations within the Luanchuan ore district (LOD). Although district-scale metallogenic prediction related to the Pb-Zn-Ag deposits in the LOD has been attempted, there have been no studies to formulate a detailed deposit-scale metallogenic prediction of the Pb-Zn-Ag deposit in 3D space. Here we selected the LAG to formulate a metallogenic prediction model for Pb-Zn-Ag deposit based on data from 1:10,000 scale geological map, and 66 boreholes and 39 sections of exploration lines on 1:1000 scale, to extract the salient spatial features of the deposit. We apply ordinary weights and weighted weights of evidence, followed by boosted weights of evidence, logistic regression and information entropy for integrating the features of the ore deposit for exploration targeting. The C–V fractal method is applied to classify the probabilities. Accordingly, three levels of exploration targets are delineated: the first level targets are mainly distributed in the periphery of known orebodies (M2, M3, II-3 and VI), which are also located in the ore-controlling strata and fault zones; the second level targets are located in the region of known orebodies, indirectly confirming that the prediction result is reliable; and the third level targets, which are mainly located at the contact between ore-controlling strata and metagabbro bodies, offer new targets for exploration in this ore district. Combining our results obtained in this study with those in previous studies, we provide some guidelines for exploration targets in the Pb-Zn-Ag deposits in the LOD, which might help in more effectively delineating the target zones.     

我国三维成矿预测的研究现状及发展趋势

随着地表矿及浅部矿的减少,寻找隐伏矿和深部矿成为主要找矿方向。面对找矿预测发展的新形势,三维成矿预测逐渐成为近几年矿产资源预测研究的一大热点。归纳和梳理以往相关研究,对三维成矿预测在我国的发展状况进行总结,阐述了三维成矿预测在我国的发展历程,并根据研究现状和特点,对三维成矿预测的未来发展趋势进行论述。