基于FLAC3D的复杂地貌三维地质建模

针对复杂地貌和地质构造条件下数值模拟的建模问题,基于FLAC3D平台提出了从局部到整体的建模思想,采用Brick单元和Tetrahedron单元通过编程生成复杂地貌条件下的三维地质体模型。利用趋势面分析法拟合出层状连续地质体,将其定义为不同的"群",建立了多层状三维地质体结构模型。采用interface界面模拟出了断层面,并与趋势面相结合,构建了断层上下盘中的地层。认为通过数学分析结合计算机编程,可以实现直接在FLAC3D中进行复杂地貌和地质构造条件下的地质体建模。     

基于MLS的FLAC3D复杂三维地质建模

针对岩土力学分析软件FLAC3D建模效率较低的不足之处,在分析FLAC3D建模命令以及网格模型＊.FLAC3D文件格式特点的基础上,介绍了空间坐标变换、MLS插值的方法与意义,并提出了新的建模方法,开发了相应的计算机辅助建模程序.该程序直接读取原始数据点,无需借助第三方软件,通过坐标变换、MLS插值,可快速生成具有复杂边界的地质模型,且便于材料参数和应力边界条件参数的赋值,可有效地提高工作效率.     

基于FLAC3D的斜坡塔基础稳定性研究

斜坡对塔基的稳定性以及岩溶塌陷对塔基的影响研究不少,但针对处于斜坡之上的杆塔基础出现岩溶塌陷的研究较少,本文以某斜坡塔基础出现岩溶塌陷为例,通过建立不同治理方案的三维有限元模型来进行重力场作用和D腿桩基受抗压与水平荷载共同作用下的稳定性分析,研究桩基及周围岩土体的受力与变形.研究结果表明,在不同治理方案完成之后,在极限...     

岩体结构三维无缝建模与四面体优化剖分

复杂地质特征给数值模拟的建模工作带来很大困难,针对该问题,提出并实现了岩体结构三维无缝建模方法。将直接法拓展到四面体网格剖分中,实现了基于岩体结构无缝模型的四面体优化剖分方法,从而为数值模拟提供既符合地质实际,又有较高网格质量的计算模型。利用该方法建立了某拱坝坝肩岩体三维地质模型,并进行四面体优化剖分。     

基于Open GL条件随机模拟三维模型可视化

利用两阶段建模思路建立条件随机模拟模型。第一阶段在地质体表面利用Denaunay三角网剖分算法实现三角网网格化，第二阶段用Denaunay四面体剖分算实现地质体的四面体网格化，并对四面体单元进行三角面插值，进而得到三角网，最后用OpenGL实现地质体三维模型的可视化。     

基于SURPAC的复杂地质体FLAC3D模型生成技术

针对FLAC3D软件在复杂地质体模型构建及单元网格划分等前处理问题上存在的不直观、工作量大等不足,提出了一种新型的基于SURPAC软件的直观、快速的FLAC3D模型生成技术。在利用SURPAC软件构建地质体块体模型的基础上,将模型以数据文件的形式输出,然后对输出的数据文件运用ACCESS数据库进行处理,形成FLAC3D命令流,再将命令流调入FLAC3D软件中执行,从而实现了FLAC3D的直观、快速建模。该建模方法在广西大厂铜坑矿的空区稳定性分析建模中得到了实际应用,结果表明该方法是完全可行的和有效的。     

复杂开挖过程FLAC3D力学仿真代码生成系统研究

针对直接采用FLAC3D编制复杂开挖过程力学仿真程序所遇到的困难,开发了FLAC3D力学仿真程序代码生成系统(generating code system,简称GCS)。介绍了如何利用矿用地质软件Surpac,按空间、次序、结构功能及工程地质体属性对复杂开挖过程进行剖分,形成可编程的组件;着重解决了模型单元质心定位、单元捕捉、重组和应用程序变量到FLAC3D变量、函数、语句、数据结构之间映射等问题;使用VC++开发并给出了一个特定回采开挖过程的FLAC3D力学仿真代码生成系统实例,该应用程序以模型单元数据库为数据源,通过一系列与用户交互的页面,由用户对回采开挖过程所需步骤和参数进行选择和确认,并将这些步骤和参数传递给仿真代码生成系统,由系统自动完成FLAC3D力学仿真代码的生成。FLAC3D力学仿真程序代码生成系统架起了地质三维几何造型软件与三维计算软件之间的桥梁,可大大提高编制FLAC3D三维力学仿真代码的效率,降低程序编制的出错率,有利于应用FLAC3D软件更为深广地解决复杂岩土开挖过程中的力学问题。     

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.      

开挖模拟在数值流形方法中的实现

针对数值流形方法特有的覆盖剖分方式,提出了一种模拟岩土工程中开挖过程的算法。该算法采取某种措施,在覆盖剖分过程中将开挖面视为特殊的不连续面,这种不连续面将其所在的数学网格剖分成不同的流形单元,但却不对所在的数学覆盖作剖分。这样,开挖面两侧虽分属不同的流形单元,但开挖面两侧同一数学网格内的流形单元却具有相同的物理覆盖。采用该算法,无需对开挖面处的单元进行特殊处理,可在整个分析域采用统一的网格形式;同时,打破了原有数值流形方法的限制,将开挖面的位置完全当作连续介质来处理,避免了因将其视为不连续面而产生的误差。验证了算法的可靠性后,将其应用于某假想隧道的开挖模拟,计算结果表明该算法具有一定的应用前景。     

基于改进三棱柱模型的复杂地质体3D建模方法

建模方法是三维地质模型及其可视化研究的核心内容。针对连续体终止、错断位移等复杂地质体3D地质建摸的需要，本文对现有的三棱柱数据模型进行了改进，构建了完整的数据结构及其初步的拓扑关系，提出了基于改进三棱柱模型的连续体和不连续体的建摸算法，使其在处理地层尖灭、断层等复杂地质问题时更为灵活、适应面更广。     

基于GOCAD的复杂地质体FLAC^3D模型生成技术

鉴于FLAC3D难以建立复杂三维地质体的缺陷和GOCAD强大的地质建模能力,本文提出了基于GOCAD软件建模和划分网格,并通过GOCAD与FLAC3D的接口程序,将其导入FLAC3D的复杂三维地质体建模方法,从而实现了复杂地质体FLAC3D模型的直观、快速建模。该建模方法在郴宁高速公路某软土地基斜坡高填路堤建模中得到了实际应用,结果表明该方法是完全可行和有效的。     

基于数字图像像素单元建立准三维FLAC3D模型

在实际应用中,即使是建立较为简单的不规则准三维模型,FLAC3D也存在一定难度,因此,提出了一种快速建立FLAC3D准三维模型的方法,即基于数字图像像素单元的位置属性建立FLAC3D准三维模型,并根据像素单元的颜色属性对所建立模型进行分组,以便实现对模型单元赋予不同属性材料或者建立不同功能模块（如开挖、回填）。借助上述思想,采用Visual Basic语言编写了IMAGE-FLAC3D接口程序,实现了FLAC3D软件建模的直观、快速和自动化。通过建立土石混合体有限差分模型和库岸滑坡有限差分模型,检验了该方法及程序的有效性和可行性。在此基础上,借助强度折减法对所建立库岸滑坡模型进行稳定性分析,分析结果与极限平衡法所得结果相近,说明了所建模型的可计算性。该方法可作为数字图像服务于岩土工程的典型范例。     

应用MATLAB接口程序建立复杂地质体FLAC3D模型

FLAC3D非常适合于模拟大变形问题,尤其在材料的弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域有其独到的优点,但是FLAC3D非完全可视化的建模方式和网格划分方法大大限制了FLAC3D的通用性。通过编写MATLAB接口程序生成FISH脚本程序,完成了复杂地质体的建模,并以天子庙隧道为例说明建模的可行性与高效性。     

基于FLAC3D岩石黏弹塑性流变模型的二次开发研究

由于岩土介质的复杂多样性,通用分析软件所提供的岩石流变本构模型往往不能满足工程实际数值分析的需要。依据FLAC3D（Version 2.1）所提供的二次开发程序接口,结合西原黏弹塑性流变模型分析了二次开发程序运行的基本原理,给出了西原流变模型具体实施的程序框图和代码编写中应该注意的几个关键技术。通过一个简单的算例验证了程序编制的正确性与可靠性。由于采用了面向对象的程序技术,FLAC3D二次开发接口更加简单实用,提供的研究思路可为其他流变本构模型的二次开发提供参考。     

基于FLAC3D的改进Burgers蠕变损伤模型的二次开发研究

岩石的流变变形对于岩质边坡和地下结构产生重要影响,其时效特性越来越引起人们的关注。然而通用分析软件所提供的岩石流变本构模型均有其特定的使用范围,往往不能满足工程数值分析的需要。考虑到岩体中参数劣化造成的影响,采用了一个变参数的改进Burgers蠕变损伤模型,该模型认为岩体的蠕变参数是随时间因子逐渐弱化的,这弥补了FLAC3D自身流变模型的不足,并利用FLAC3D（Version 2.1）提供的二次开发程序接口,分析了蠕变损伤模型二次开发程序运行的基本原理,给出了该模型具体的程序框图和代码编写中应该注意的关键问题。介绍了该模型的几种退化形式,通过算例分别验证了该模型黏弹性、塑性和损伤的力学性质,分析了损伤参数对蠕变曲线的影响,并由此介绍了验证流变模型二次开发程序正确性的一般步骤。由于采用了面向对象的编程技术,FLAC3D二次开发接口简单实用,研究思路可为其他流变本构模型的二次开发提供参考。     

统一弹塑性本构模型在FLAC3D中的计算格式

统一强度理论是一个有着坚实理论基础、可表达各种岩土材料强度特性且被广泛应用的新的强度理论。FLAC3D是一个具有强大的计算分析功能且专门针对岩土工程问题开发并被广泛应用的数值分析软件。若能将二者结合起来,无疑会大大促进岩土工程领域相关问题的解决。针对这一问题,研究了统一弹塑性本构模型在有限差分方法中应用的基本理论格式。根据FLAC3D软件中UDM接口计算格式的要求,将统一强度理论引入其中,详细推导了统一弹塑性本构模型在FLAC3D软件中应用的计算公式。由于统一屈服面在应力空间内由12个面组成,在应力角为[0,π/3]的范围内,统一屈服面由两个相交面组成,为计算塑性因子及处理计算中应力超出屈服面的应力调整问题,利用应力角分析了应力空间的分区,推导了区域分界面的公式。最后,编制了相应的UDM接口程序对一圆形隧洞进行了弹塑性分析,对比了计算结果与解析解,结果很好地验证了此计算格式及相应接口程序的正确性。统一强度理论和FLAC3D软件的结合,将使二者的优点得以充分发挥,以解决更多的岩土工程问题。     

基于Zienkiewicz-Pande屈服准则的弹塑性本构模型在FLAC3D中的二次开发及应用

Zienkiewicz-Pande屈服准则是Mohr-Coulomb准则的改进,在p-q子午面和π平面上都是光滑曲线,不存在尖点,不仅在数值迭代计算过程中易于处理,而且在一定程度上考虑了屈服曲线与静水压力的关系以及中主应力σ2对屈服的影响。该准则已应用于多个水电站地下洞室开挖支护计算中,但并未被大型数值计算软件所采用。根据弹塑性力学原理,详细推导了基于Zienkiewicz-Pande屈服准则的弹塑性本构模型在FLAC3D中的增量迭代计算格式;在FLAC3D提供的二次开发程序接口基础上,利用VC++程序语言实现了计算过程,并编译成动态链接库文件进行加载和调用。将自编的本构模型对一理想圆形隧洞进行模拟,计算结果与Mohr-Coulomb准则一致,验证了计算格式的正确性。将此本构模型应用于一大型地下洞室群的开挖围岩稳定分析中,得到的塑性区、位移场、应力场分布与Mohr-Coulomb准则计算结果分布规律相符,进一步验证了模型的适用性和可靠性。     

邓肯-张本构模型在FLAC3D中的开发与实现

根据FLAC3D软件提供的二次开发平台,利用VC++环境在FLAC3D软件中实现了邓肯-张本构模型的开发,设计了一系列三轴试验的模拟算例对模型开发的正确性进行了验证。给出了在FLAC3D中开发本构模型的基本步骤和编程要点,为其他用户进行本构模型的修改提供了借鉴和参考。由于FLAC3D开发环境的特点,用户编写的本构模型和软件自带的本构模型的执行效率处在同一水平。     

基于FLAC3D模拟的大规模采空区破坏概率研究

采空区稳定性的问题由来已久,但目前对采空区的整体稳定性评价结论几乎仍停留在定性层面上,特别是对于条件复杂的大规模地下矿山采空区,若能将其量化则在很大程度上将会对矿山安全提供一定的保障。针对大规模采空区稳定性的难题,在数值模拟的基础上引入采空区破坏概率的概念试图解决这一问题。在FLAC3D后处理的过程中,结合统计学中概率的基本原理,利用Excel的风险分析插件@Risk对FLAC3D网格单元的计算结果进行统计分析,并以95%的置信区间为准,从主应力、剪切破坏判据Fs以及弹性应变能等方面深入研究分析采空区的破坏概率,进而将采空区稳定性问题得以量化,同时得出了大量岩石网格单元主应力和弹性应变能分布服从韦布尔分布(Weibull)和对数正态分布(lognorm)的规律。量化不仅解决了空区稳定性的问题,也将为数值模拟开拓更为广阔的应用空间。