基于三维激光扫描的空间地物建模

利用地面三维激光扫描仪获取的空间数据,进行了三维空间地物建模研究。以建筑物建模为例,首先从原始数据中分离提取建筑物,然后对得到的建筑物数据进行去噪处理,再通过整体匹配纠正并对原始测量数据进行重新采样和拼接配准,建立了由三角网构成的三维表面模型。结果表明,所构建的三维表面模型较好地表达了建筑物的几何特征,户外实验也验证了上述过程可以实现对建筑物快速三维建模。     

岩溶区高速公路路堤及溶洞顶板稳定性数值分析

采用大型通用有限元软件ABAQUS对某室内模型试验进行了数值模拟,验证了三维有限元法进行洞室结构稳定性分析的可靠性。结合永武（永安-武平）高速公路A11合同段岩溶地质资料,将溶洞近似为与实际相近的椭球状,建立岩溶区路堤的三维有限元模型,分析溶洞顶板厚度、填方高度、溶洞位置以及溶洞充填状况对路堤及溶洞顶板稳定性的影响。为与现行顶板安全厚度确定方法进行比较,进行二维平面应变有限元分析。研究表明,对于较完整的顶板岩层,按顶板受拉破坏稳定安全系数为4确定的安全厚度过于保守,按梁板理论弯曲受拉破坏确定的安全厚度也偏于保守,是由于实际顶板岩层并不完全符合梁板理论的简化假设,而以有限元分析所得最大弯矩按梁板弯曲受拉破坏确定的安全厚度最为经济;实际工程中三维效应明显的溶洞,现行理论简化和二维数值分析法都较为粗糙,宜采用三维数值分析法。通过对上述问题的分析,为该高速公路岩溶区填方路段的设计和溶洞的处治与否提出指导性意见,已创造较好的经济效益和社会效益,可供类似工程应用时参考。     

某大型高速公路滑坡稳定性分析及锚桩加固的模拟研究

某大型高速公路高陡岩质边坡地质条件复杂、软弱结构面发育、开挖高度大、坡度陡、临空面多,为边坡变形提供了有利的空间,故边坡多处出现失稳破坏迹象。在已查明滑坡工程地质条件、滑动面、滑带位置的基础上,分析评价了该滑坡体的稳定性现状; 根据钻孔资料提供的岩土体和滑面的参数,并结合参数的反算,得到了滑面的c、φ值,最后计算得到非正常工况下(暴雨)的滑坡稳定安全系数为0.91,说明当遇到长时间暴雨时,滑坡会进一步发展,需要及时治理。文中提出了相应的治理设计措施,即在对滑坡体进行削方减载后,在边坡的一级平台位置设置预应力锚索抗滑桩。在对该边坡破坏过程和机制定性分析的基础上,采用离散元程序UDEC进行了滑坡治理效果的数值模拟。根据已确定的滑面,采用UDEC模拟边坡开挖,通过对治理前后边坡位移图的比较分析,表明采用预应力锚索抗滑桩的治理措施安全有效。通过抗滑桩与预应力锚索抗滑桩的对比,揭示了预应力锚索抗滑桩改变了传统抗滑桩的受力状态,变悬臂梁为类简支梁,变被动支护为施加预应力,具有诸多优点。     

路堑边坡稳定性影响因子的均匀设计和数值模拟

将均匀设计引入边坡的稳定性影响因素敏感性分析中,可大大减少试验次数,使试验点在试验范围内均匀分布,得到理想的分析结果。针对杭兰高速公路一典型的路堑边坡,采用均匀设计法,对影响边坡稳定性的7种因素进行了敏感性分析。同时采用有限元数值模拟分析法,针对边坡开挖支护作对比分析,证实了均匀设计的可靠性,得出影响边坡稳定性的因子敏感性由大到小依次为内摩擦角、锚索长度、重度、粘聚力、锚索间距、预应力、锚固段长度,从而为公路路堑边坡的综合治理提供了依据。     

基于植被护坡的河道坡岸稳定性分析

本文采用Geostudio中slope/w软件对有植被和无植被情况下的边坡进行数值分析。研究结果表明,同一根系深度下,边坡安全系数随坡角的增大而减小,而同一坡角下,边坡安全系数与根系深度同样成正比;同一根系深度下,根系角度对边坡的安全系数几乎没有影响,但安全系数随根系深度的增加而增加。最后,同一树倾角下,边坡安全系数随着树间距的增大而减小,但树倾角最大,树间距对边坡的安全系数影响越大。当树间距一定时,边坡安全系数随树倾角的减小而增加。研究成果可为相关工程提供参考。     

基于三维数值模拟的露天煤矿复合边坡稳定性分析

借助VC及fish语言编程,将AutoCAD、Surfer、ANSYS等软件耦合应用,完成了复杂地质条件下的FLAC3D建模。在地质调查及统计分析试验数据的基础上,应用Hoek-Brown经验破坏准则确定了边坡岩体的综合强度指标。然后,采用FLAC3D,对比分析了不考虑地下水及三维流固耦合两种情况下的位移场、应力场和塑性区分布规律,并采用强度折减法求得了三维边坡安全稳定系数。结果表明,由外排土场和采掘帮坡构成的复合边坡呈现复杂的潜在破坏模式,以及在地下水影响下存在潜在失稳。与传统的边坡稳定性分析方法相比,三维数值分析优势明显。      

基于极限分析法的溶洞顶板极限承载力研究

针对下伏溶洞顶板极限承载力问题,提出了两种顶板极限承载力计算方法;方法 1:假定冲切体为圆锥台,由极限平衡法得出极限平衡状态下破坏面上拉应力与剪应力同时作用时的极限承载力;方法 2:假定冲切体是以一个未知曲线为母线的旋转体,由极限分析法求出其母线形式以及极限承载力的表达式,通过求偏导获得了溶洞顶板的极限承载力。同时进行了下伏溶洞顶板极限承载力室内模型试验,得到了1~5倍桩径顶板厚度下溶洞顶板基岩的破坏模式以及相应的极限承载力,实测结果与理论吻合良好。研究表明:溶洞顶板厚度为1D至3D(D为桩径)时,发生冲切破坏,破坏模式是以曲线为母线的旋转体,4D时发生撕裂+冲切复合破坏,5D时基岩出现塑性破坏。在溶洞顶板厚度为1D~4D时,同一跨径比条件下,极限承载力随顶板厚度的增加呈线性增长,达到5D时,顶板承载力与基岩基本一致。     

铁岭柴河1#尾矿坝数值模拟及其稳定性分析

铁岭柴河1#尾矿坝位于辽宁省开原市靠山镇猴石社区的关门山沟内,由初期坝和尾矿堆积坝组成。本文在该尾矿坝现场勘察的基础上,将坝体实测主轴剖面进行合理地概化和延伸,建立有限差分数值模型,并以Duncan—Chang双曲线模型来反映尾矿坝岩土体应力—应变本构关系,对处于正常运行条件下的坝体进行数值分析,从而揭露坝体内部应力状态,同时在数值分析结果的基础上,采用基于极限平衡理论的条分法——Fellenius法和Biship法对尾矿坝的稳定性进行计算,从而实现对尾矿坝稳定性的定量分析,对尾矿库的安全生产具有重要指导意义。     

基于区间非概率可靠性方法的岩溶区桩基下溶洞顶板稳定性评价

岩溶区桩基下溶洞顶板稳定性影响因素取值的不确定性及其样本数量的有限性,给桩基下溶洞顶板稳定性的评价带来了一定困难。根据现有研究成果,建立桩基下溶洞顶板抗冲切、抗剪切和抗弯力学简化模型,并从理论上推导相应的稳定性验算公式。在此基础上,结合区间分析理论和结构非概率可靠性度量方法,提出了基于区间非概率可靠性方法的桩基下溶洞顶板稳定性评价方法。该方法采用MATLAB中的INTLAB工具箱进行区间运算,并运用截断法消除运算过程中的区间扩展现象,最后通过比较溶洞顶板体系的非概率可靠性指标η与1的大小来判断桩基下溶洞顶板稳定性。以丹霞高速互通中D匝道2#桩基下溶洞为例,计算出该桩基下溶洞顶板体系的非概率可靠性指标η=7.95,该值大于1说明该桩基下溶洞顶板处于稳定状态,且评价结果与工程实际相符,表明了该方法的合理性与可行性。分别以3种功能函数为单位,研究当区间变量的变异系数C不同时(C从0.01递增至0.1),对应非概率可靠性指标η的变化规律。研究表明,随各区间变量变异系数C的增大,相应非概率可靠性指标呈不同程度的降低,其中溶洞顶板厚度h的变异性对评价结果影响最大,其次为桩端阻力分担比T,桩顶反力F的影响相对最小。     

基于三维激光扫描技术的复杂三维地质体建模方法

FLAC3D平台下前处理阶段复杂地质体三维数值计算模型的建立一直是岩土工程数值模拟工作者面临的难题,而三维激光扫描技术在获取复杂物体的精细空间数据的方面具有独特的优势。因此,本文提出以逆向工程为过渡平台实现复杂三维地质体FLAC3D数值模型的构建。利用三维激光扫描技术精细几何数据的获取功能,对复杂三维地质体空间形状几何信息进行提取;利用Geomagic Studio良好的点云数据处理及曲面建模功能,准确地重构了复杂地质体的CAD曲面模型;利用Hypermesh强大的几何处理能力及网格划分能力,将复杂地质体的CAD曲面模型进行实体化和网格化;最后由FLAC3D软件内嵌的Fish语言编制的文件转换为FLAC3D能够识别的文件格式,从而实现了该软件前处理过程中复杂三维地质模型的高效、精准的建立。结合工程实例,对该方法的可行性与仿真效果进行了检验。结果表明该方法具有方便、快捷、合理且实用性强的优点。     

基于GIS与数值模拟的边坡稳定性评价

基于GIS的区域边坡稳定性定性评价和分区与基于极限平衡法或数值模拟的单体边坡稳定性定量评价是当前边坡稳定性研究的两个主要方向。在总结当前这两个研究方向结合点的基础上,基于ArcGIS和FLAC2D软件,结合编程技术将两者集成,实现了剖面自动生成和FLAC2D计算数据前处理功能。将此应用于某工程实例,进行边坡稳定性定性和定量评价,结果客观准确。     

采空区稳定性评价及处治对策

根据煤层开采后影响上覆岩层及地表而产生移动和变形的时间的变化关系定性分析采空区稳定性,而且采用FLAC3D模拟了在施加地面建筑载荷后地表变形情况,确定了采空区需要处理的范围;依据建筑物荷载集度及其重要程度,采用了不同注浆处治对策.通过对采空区上覆岩体的沉降和建筑物沉降监测数据的统计分析,评估了处治效果.     

三维激光扫描技术在双龙洞测量中的应用

介绍了三维激光扫描技术在金华双龙洞测量中的应用情况。这一研究不仅提高了洞穴测量的工作精度和工作效率,还为洞穴内部地貌与地质体形态三维可视化构建、虚拟洞穴内部地理场景构建、洞穴地理信息系统建设提供数据源,为洞穴数据库建设、洞穴景观旅游开发、洞穴环境与景观保护、洞穴考古等提供直观精密的基础数据。     

大型缓倾煤矿采空区稳定性评价研究

煤矿采空区稳定性的影响因素众多,为了更好地解决大型缓倾煤矿采空区稳定性评价问题,通过FLAC 3D有限差分软件对采空区的多种开采工况进行数值模拟,提出了影响该类采空区稳定性的主要因素,并在此基础上采用层次分析法(AHP)进一步确定各影响因素的权重。针对山西中阳县多家煤矿采空区稳定性问题,根据影响因素综合评分表对各个影响因素进行评分赋值,最终计算得到采空区稳定性总得分,由此综合判定采空区稳定性等级。这种稳定性评价方法得出的结果与采空区地表位移变形观测法评价得出的结果相符,研究成果对类似采空区稳定性评价具有重要的借鉴参考意义。     

基于NMR的库区滑坡三维稳定性数值模拟

传统的勘探、测试手段, 难以获取可靠的滑坡岩土体水文参数, 直接影响滑坡研究的建模、评价工作.应用核磁共振找水方法并结合其他方法建立滑坡三维地质模型, 并提出基于NMR技术的库区滑坡稳定性研究思路.以赵树岭滑坡进行测试, 获取了岩土体的水文地质参数数据, 确定出该滑坡具有两层地下水, 上部潜水含水层, 下部微承压含水层; 具有两层滑面.该技术的分析结果与钻孔数据吻合较好, 可为建立符合实际的滑坡模型提供可靠依据.利用自编渗流-应力耦合有限元程序和ANSYS进行了145 m、175 m及175m降至145 m滑坡的稳定性模拟.结果表明: 145 m及175 m水位, 该滑坡整体处于稳定状态, 前缘随水位抬升局部破坏范围扩大; 175 m降到145 m时, 坡整体稳定性接近极限状态.且滑坡后缘局部位置出现小规模变形破坏的可能.      

边坡稳定性温度效应数值模拟研究

气候变化引起环境温度改变,岩土体的性质随之产生相应变化。文章分析了温度对边坡稳定性产生的影响,于不同 温度状况下开展粘性土直剪试验,探究粘聚力及内摩擦角随温度变化的特征。进一步利用有限元软件ANSYS 结合实测地温 数据模拟边坡温度场演变过程,基于试验结果将温度场推导出粘聚力场,利用瑞典条分法结合粘聚力分布特征求得边坡安 全系数。通过一系列室内试验发现,下蜀土粘聚力受温度影响变化规律较为明显;土体含水量和密度不同使土体随温度升 高相应的产生热软化或热固结现象。通过ANSYS 模拟南京城郊边坡夏季高温期间温度场的演变,推算出了边坡安全系数的 变化规律。结果表明,对于高含水量的土体,在夏季高温环境下边坡稳定性降低,而城区温度更高相应边坡的安全系数通 常更低,高温对边坡稳定性具有负面作用。     

基于FEFLOW的采区放水实验数值模拟与模型评估

采区安全开采受底板徐灰水,奥灰水威胁,确定含水层的富水性和准确的水文地质参数对于评价采区安全开采,评价徐灰水疏水降压可行性,正确预计工作面涌水量均具有重要的意义。基于有限元剖分方法的FEFLOW软件能对地下水流向进行模拟．其内置的PEST能有效地对模型的参数最优化,达到精确求参,从而增加模型的可行性和与实地水文地质条件的拟合度。     

基于Monte-Carlo模拟的狮子包边坡稳定性研究

以三峡库区巴东县沿江路云沱段狮子包边坡为例,综合边坡工程地质、水文地质、岩体结构特征及边坡前期交形破坏迹象,基于Monte-Carlo法得到边坡稳定的破坏概率及安全系数,进而用可靠性理论对边坡稳定性进行了探索。结果表明,通过Monte-Carlo法得到的狮子包边坡安全系数为0．857,而用传统安全系数法得到的安全系数大干1。实际上,该边坡在2003年曾经产生过滑动,因此,基于Monte-Carlo法的可靠性理论对边坡稳定性评价更符合实际。     

基于数值模拟的含水层参数识别

利用地下水流数值模拟软件Modflow耦合大型抽水试验和长观孔水位两个模型的方法,对含水层参数进行了识别与校验,该方法求得的含水层参数避免了只利用抽水试验模型校验所带来的不确定性。同时利用抽水实验数据进行抽水与恢复的全过程曲线拟合,水位降深模拟相对误差小于6％,并且对均衡水量、泉水的溢出量以及末流场拟合程度进行了分析,均衡水量模拟相对误差最大为2．6％,泉水溢出量模拟相对误差最大为8．14％,末流场拟合程度也较好,从而提高了含水层参数的准确性。实例研究表明,这种求参方法精度高、切实可行,可以推广到其他的含水层参数确定中。