三维地震建模与可视化

在地震模型与正演中利用已知资料或虚拟建立复杂的二维和三维地震模型, 对进行后续地震模拟和面元分析以及合理地设计观测系统等工作是非常重要的, 同时为地震资料处理解释提供了工具, 为反演方法提供了必要的基础.根据地震模型特点对地震模型建立及其在计算机上可视化的一些算法进行了简要阐述, 对能很好地实现三维地震模型可视化的克里格插值、Delaunay三角剖分算法的原理进行了分析研究.在SeisWay1.0“地震模型与正演”模块中根据以上算法所生成的模型数据生成三维地震模型.      

三维地层网格剖分方法与应用

针对三维地层表示中散乱点的三角化问题,提出了一种新的剖分算法——环形三角剖分算法．该算法首先在散乱点中心构造初始三角形,并将其3条边作为初始环形路径;然后对环形路径上的每条线段,都在其外围寻找与两端点所成夹角最大的点构造新三角形,并将其纳入环形路径,从而使环形路径不断向外围扩展;重复此扩展过程直到所有散乱点都处于路径范围内．对上述剖分中遗漏的小块区域形成的“空洞”,利用简单多边形的三角剖分方法实现三角化．此算法时问复杂性介于O(n)与O(n^2)之间,其效率体现在：只搜索外围散乱点,减少了夹角计算过程;只对已扩展点进行“空洞”判断,节省了处理时间．将此环形三角剖分算法应用于广东省东深供水改造工程的三维地层构造与分析中,取得了,良好的剖分效果和执行效率,对地层的任意剖切和开挖分析均具有良好的支持．     

复杂地质背景下的三维建模及应用分析

锦屏一级水电站工程规模大,场地地质条件复杂,给地质的分析工作带来了极大的困难,急需分析手段的。作者结合锦屏一级三维地质模型中三滩向斜、深部裂隙、Ⅳ2级岩体等复杂地质对象的建模过程,总结了基于三维勘探图元的复杂地质曲面建模方法,并依托三维地质模型进行了坝头边坡及地下洞室分析中的可视化分析,供类似工程借鉴参考。     

开挖边坡随机楔体稳定分析与加锚优化方法

随机楔体的破坏是岩石开挖边坡中常见的破坏类型之一.在对组成楔体的结构面调查统计的基础上,应用随机模拟的方法,生成开挖边坡的三维裂隙网络.进一步运用随机搜索方法与块体理论,搜索出边坡面上的随机楔体,进行楔体的稳定分析.采用风险设计的理论,建立系统锚杆的优化设计方法.将研究结果应用于小湾水电站进水口开挖边坡的稳定分析与锚固优化设计中,得到了较为可信的结果.     

利用三维裂隙网络确定岩体渗透张量的方法

对于可统计的岩石结构面数据,采用结构面三维网络模拟技术研究节理岩体力学特性特别是岩石水力学性质的过程中,三维裂隙网络与多孔连续介质渗流各向异性的等效方法是研究岩石水力学应用中的重要环节。本文基于流量等效,边界条件相同,根据渗透张量的性质,利用计算机模拟三维裂隙网络的样本单元推导二阶渗透张量的求解方法。最后,通过一个圆形随机结构面形成的裂隙网络样本单元的计算实例,与张量法的计算结果作了对照,说明了有限大小结构面形成的裂隙网络,利用本文提出的方法求解得到的样本单元等效渗透性,具有相当的合理性。本文的方法对于岩石水力学中三维问题的研究具有重要的理论指导作用。     

基于三维裂隙网络的裂隙岩体表征单元体研究

岩体表征单元体（REV）的研究一直是岩土工程中的重要问题。裂隙岩体REV是其内部复杂结构在尺寸效应上的体现,归因于岩体内裂隙系统的随机性。在三维网络模型的基础上通过计算体积节理数建立了确定岩体REV的方法。这种方法考虑了岩体内裂隙的三维空间密度的特征,采用体积节理数这一参数的收敛状况确定岩体REV的大小。建立了实际岩体的模拟裂隙系统,用一定大小的立方体来分割裂隙系统,统计不同立方体内的体积节理数,并将均值作为最终裂隙岩体的参数。将此参数作为裂隙岩体的属性,通过判别其收敛状况获得了岩体REV的尺寸。考虑了岩体不连续面的特征,建立了REV的分析模型,得出工程岩体的REV的尺寸是裂隙平均迹长的4倍的结论。     

高陡岩质斜坡的结构面非接触式采集技术与三维裂隙网络模拟研究

本文分别以非接触式测量与三维裂隙网络模拟技术对汶川县绵虒镇大溪沟沟口高陡斜坡的结构面系统进行了深入研究。以无人机、数字近景摄影测量与三维激光扫描方法建立了现场斜坡的三维DEM模型并识别与解译了斜坡的结构面系统。尤其是采用无人机与近景摄影测量技术,识别并解译了整体斜坡的长大控制性结构面与坡面上的6663条随机构造结构面。基于以上数据,本文提出了一种适用于高陡斜坡分析的超大窗口三维裂隙网络模拟方法,采用概率统计与空间几何推导的方法,建立了岩体三维结构面的直径、产状与密度计算方法。这种方法更加简便且针对性强,现场验证也表明其具有较高的模拟精度。     

基于循环加卸载的矿物定向排列致各向异性岩石损伤演化规律——以黑云母石英片岩为例

石窟寺岩体中发育的结构面尺度多变、分布复杂,对石窟寺长期稳定性造成严重威胁。以安岳圆觉洞为例,由无人机、三维激光扫描仪、探地雷达、相机及人工调查统计形成一套综合探测方法,对石窟寺多尺度结构面参数与空间分布特征开展了系统的分析。结果表明,石窟寺以长大尺度的卸荷裂隙和层理以及中、小尺度的次生风化裂隙为主,洞窟顶板表面与内部的结构面数量均呈现出北侧多于南侧的空间差异性分布特征。分区统计显示顶板结构面的产状符合Fisher分布,不同尺度的结构面均存在有近NW330°的优势走向,具有一致性的发育规律;而结构面的迹长、间距、深度主要服从负指数或对数正态分布。在此基础上,融合Agisoft Metashape—Cloudcompare—Geomagic Studio—HyperMesh—3DEC多软件处理的方法,提出一种针对石窟寺多源结构面信息的三维建模技术,得到了石窟寺岩体结构面数字化分布信息。本文可为石窟寺关键块体和整体稳定性的分析以及加固方案的制定提供依据。

     

有限宽切槽对CCNBD断裂试样应力强度因子的影响

国际岩石力学学会（ISRM）在1995年提出一种新型的岩石断裂韧度试样--人字形切槽巴西圆盘试样（cracked chevron notched Brazilian disc--CCNBD）,对该试样的一个重要力学参数即最小无量纲应力强度因子的标定,以前的分析和计算都没有考虑切槽宽度的影响。然而试样切槽的宽度受切割刀具厚度所限,不能为零。当试样较小时,切槽宽度则相对较大。通过三维边界元计算分析表明,切槽宽度越大,无量纲应力强度因子的标定值就越大;对于ISRM推荐的CCNBD标准试样,得出其最小无量纲因子值为0.954,这比ISRM给出对应值0.84要大13.6 %。同时,小裂纹应力强度因子曲线的变化趋势也发生了质的变化,这可能会导致实验的失败。推荐最小无量纲应力强度因子的标定采用考虑切槽的三维分析。