由三维离散数据生成四面体格网算法研究

在资源、环境、工程勘探等领域中, 由三维离散数据生成四面体格网, 对三维空间的判断分析, 并得出一些未知的三维空间体的分布信息具有重要意义.在分析三角网生成算法的基础上, 给出了3个建立四面体格网的算法思想及步骤: (1) 四面体格网生成算法.在数据场中先构成第1个四面体, 然后以四面体的某个面向外扩展生成新的四面体, 直至全部离散点均已连成网为止. (2) 逐次插入算法.将未处理的点加入到已经存在的四面体格网中, 每次插入一个点, 然后将四面体格网进行优化. (3) 分治算法.首先将数据排序, 然后递归地分割数据点集, 直至子集中只包含4个点而形成四面体, 然后自下而上地逐级合并生成最终的四面体格网.      

超大陆裂解几何学研究新思路——截顶正二十面体模型的应用

截顶正二十面体是目前应用广泛的球体张拉整体结构模型之一.它具有60个顶点,12个五边形边,20个六边形面.球壳在均匀的伸展状态下,沿该模型的棱的方位最容易裂开.前人从全球规模的角度出发,用截顶正二十面体模型解释了劳仑大陆以及冈瓦纳超大陆裂解时期全球范围内的伸展构造组合的展布,包括裂谷系、非造山岩浆活动和岩墙群.本文在前人的基础上,用该模型解释了现代大洋中脊分布、东非-红海-亚丁湾裂谷系的平面几何形态以及华北克拉通1.80 Ga裂谷系分布.根据该模型进行计算,得出半径为单位1的该模型的棱长为23.3°,带入地球平均半径则得全球最长直线裂谷的长度为2589.53 km,同时得到五边形和六边形的顶角分别为111.4°和124.3°由此,超过该长度的裂谷将以120°左右的夹角拐弯.该模型能解释大范围伸展构造组合的分布规律.     

基于四面体格网的三维地质体建模算法

构建真三维模型是地质学、三维GIS、科学可视化及工程应用领域共同关心的课题。提出了基于TEN的三维离散数据的构模,详细说明了从离散的三维初始数据点建Delaunay四面体格网的算法和步骤。算例表明,该算法能够较好地生成任意形状三维地质体。     

基于离散元的边坡稳定性及治理措施分析

为分析矿山边坡的稳定性,通过选择最不利边坡剖面,选取合理的岩土力学参数,采用离散元软件建模分析,模拟边坡自重作用下的滑移破坏过程,基于强度折减法计算安全系数。主要得出以下结论：(1)滑坡体的最大速度约为1.442 mm/s;最大剪切位移约为0.54 m;整体位移最大值约为0.147 m;(2)边坡的安全系数仅为0.43,风化土体为不稳定的滑动体,结果表明,边坡处于不稳定状态;(3)可采用4种常用的治理措施：削坡、减重反压、设置抗滑挡墙或抗滑桩对该边坡进行加固,针对该工程边坡,建议采用削坡和抗滑桩加固的方式进行治理。结论可为类似地形地貌条件下的边坡工程稳定性分析提供参考。     

基于离散裂隙网络模型的裂隙水渗流计算

离散裂隙网络模型(Discrete Fracture Network（DFN）)是研究裂隙水渗流最为有效的手段之一。文章根据裂隙几何参数和水力参数的统计分布,利用Monte Carlo随机模拟技术生成二维裂隙网络,基于图论无向图的邻接矩阵判断裂隙网络的连通,利用递归算法提取出裂隙网络的主干网或优势流路径。基于立方定律和渗流连续性方程,利用数值解析法建立了二维裂隙网络渗流模型,分析不同边界条件下裂隙网络中的流体流动。结果表明,该方法可以模拟区域宏观水力梯度和边界条件下,裂隙网络水力梯度方向总的流量,以及节点的水位、节点间的流量和流动方向的变化特征,为区域岩溶裂隙水渗流计算提供了一种实用、可行的方法。      

GIS矿产资源评价中统一使用连续数据和离散数据的扩展证据权模型

证据权模型通常使用二值数据,在把连续数据转化成二值数据时会损失有用信息.从贝叶斯原理角度提出了GIS矿产资源评价中统一使用连续和离散数据证据权法扩展模型的原理和方法,指出证据权模型中的证据权应为证据权函数,矿产资源评价中离散数据证据权函数为证据因子各可能取值的有矿和无矿条件概率比值对数,连续数据证据权函数为证据因子有矿和无矿条件概率密度函数比值对数.提出了用非参数估计条件概率密度函数和证据权函数方法,以及计算函数表和插值法简化运算的方法.以GIS云南铅锌矿产资源潜力评价为例进行了应用,并得到了较为理想的结果.     

基于激光测高数据的月表撞击坑自动检测方法

撞击坑是月球表面最醒目和最重要的地质构造标志.基于遥感影像的撞击坑检测方法受到数据本身的局限,遗漏检测的情况比较严重.激光测高数据可以快速构建全球的数字高程分析(DEM),为撞击坑检测提供丰富的几何形态信息.利用激光测高数据,提出了兼顾准确性和完整性的撞击坑自动检测方法.首先采用松散耦合的形态约束检测候选撞击坑,再利用机器学习的相关理论来提取正确的撞击坑.其中,提出基于可变尺度的撞击坑检测算法,以有效解决叠置撞击坑的检测问题;提出基于决策树的机器学习方法,以解决从候选坑中有效提取正确撞击坑的问题.实验证明了整个流程和关键技术的可行性和有效性.通过研究,实现高效、准确的月表撞击坑检测,充分挖掘探月卫星提供激光测高数据,向后续月球地质地貌研究提供具有准确性和丰富形态信息的基础数据.     

基于嵌入离散裂缝的页岩气藏视渗透率模型

页岩储层具有不同类型的储集空间,但综合考虑不同储集空间,对页岩储层渗透率进行评价的模型未见报道.基于嵌入离散裂缝模型,建立的页岩气藏视渗透率模型包括4个步骤:（1）构建天然裂缝、有机质和无机质的空间分布模型;（2）筛选不同类型储集空间的渗透率计算方法;（3）基于嵌入离散裂缝模型,结合空间分布模型和渗透率计算方法,建立数值模拟模型;（4）在模型的入口和出口端施加压差,求得一定压差下通过该岩心的气体流量,采用达西定律得到该页岩气藏的视渗透率.其计算结果与文献报道的渗透率实验值吻合较好.通过对不同因素的探讨,结果表明,天然裂缝对页岩气藏视渗透率的贡献大于无机质和有机质孔隙.因此,计算页岩视渗透率时有必要对天然裂缝、有机质和无机质孔隙进行综合考虑.      

基于GOCAD的离散点云数据三维可视化研究

运用空间插值算法与地质体建模相结合进行地学三维可视化和分析的思路与方法并,并基于GOCAD软件详细阐明其具体实现方式并通过AMT离散点云数据实例验证了其可行性和便利性。     

基于离散裂隙网络模型的核素粒子迁移数值模拟研究

高放废物地质处置过程中涉及的核素在围岩裂隙地下水中的迁移问题已引起广泛关注,数值模拟是研究核素粒子运移的重要方法。目前裂隙介质中渗流模型主要是等效连续介质模型、双重介质模型和离散裂隙网络模型。对于岩体尺度裂隙地下水的流动,离散裂隙网络模型能充分表现裂隙介质的各向异性、不连续性等特征。因此,针对裂隙介质准确概化及核素迁移模拟等难点,文章结合Monte Carlo随机生成裂隙方法、裂隙渗流有限元算法和高放射性核素衰变方程等方法,依据花岗岩深钻孔裂隙统计数据,采用离散裂隙网络模型对内蒙古阿拉善高放废物地质处置预选区展开了核素粒子迁移数值模拟研究,并讨论了实例预测分析结果。结果显示:针对设定的地质模型,核素粒子从中心运移到边界的迁移路径长度平均为1293.35 m,粒子运移到边界耗费的时间平均为1.70E+11 d。     

基于不规则四面体的三维离散数据地质建模算法

构建真三维模型是地质学、三维GIS、科学可视化及工程应用领域共同关心的课题.笔者提出了基于TEN的三维离散数据的构模,详细说明了从离散的三维初始数据点建Delaunay四面体网格的算法和步骤.算例表明,该算法能够较好地生成任意形状三维地质体.     

正多面体的结晶学分类及等大正二十面体共角顶连接的准晶结构模型

本文将正四面体、正八面体、正六面体归为结晶类,将正二十面体、正十二面体归为准晶类。大小相近的原子倾向于形成正二十面体配位;再将正二十面体看成球体,那末符合m35对称的理想堆垛方式是以等大正二十面体共角顶连接,形成大一级的正二十面体。继续按照这一规律连接将不断形成更大一级的正二十面体,从而获得理想准晶结构模型。此模型很好地解释了Al—Mn准晶体的高分辨结构图及Penrose拼图与准晶体的高分辨结构图的密切关系。     

准晶体的构筑原理及微粒分数维结构模型

准晶体的原子构造中两个原理在起作用,即二十面体原理和黄金中值原理。二十面体原理是指大小相近的原子形成孤立的十二次配位体时,二十面体配位形式在能量上最有利。黄金中值原理是指在准晶体中原子的排列符合黄金中值律。这两个原理适用于由少量原子构成的体系,也适用于某些生物的结构。运用这两个原理于准晶体微粒,我们获得了最简单的准晶体结构模型。此模型可以解释Al-Mn准晶体的高分辨图的所有细节。此模型与Hiraga模型以及Bursill和彭菊琳模型都不相同。在此模型中Al_(12)Mn二十面体不是共棱的。这一模型具有分数维结构的待征,因此称之为准晶体的微粒分数维结构模型。     

基于土壤水模型及站点资料的土壤湿度同化方法

基于非饱和土壤水模型和扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter)同化算法并结合陆面过程模型VIC发展了一个土壤湿度同化方案,并进行了理想试验及同化站点资料的同化试验。理想试验结果表明：扩展卡尔曼滤波方法能完整反演土壤湿度廓线,对土壤湿度的估计有较大改善;观测深度、观测层数和观测资料引入频率对同化结果有一定影响;加大观测频率,可以进一步改善同化效果。利用气象强迫驱动陆面模型VIC算出地表入渗条件而进行的同化站点资料的试验所得土壤湿度分布与观测资料基本吻合,反映了站点土壤湿度的月、季变化,表明该方案是合理的。     

基于微观胶结厚度模型的深海能源土宏观力学特性离散元分析

首先,引入蒋明镜等提出的考虑水合物胶结厚度的深海能源土粒间微观胶结模型,用以反映能源土颗粒之间水合物微观胶结接触力学特性;其次,采用C++语言将模型程序化,并将其引入离散单元法中;然后,对选定的水合物饱和度经过实际二维离散元模拟调算,得出相应的水合物胶结尺寸,以修正水合物临界胶结厚度、最小胶结厚度及胶结宽度,进而确定水合物微观胶结参数;最后,根据所确定的胶结参数,针对不同水合物饱和度试样进行能源土宏观力学特性离散元双轴试验模拟,并从应力-应变、体变、剪胀角等方面与Masui等所进行的能源土室内三轴试验进行对比分析。结果表明：采用考虑粒间胶结厚度的水合物微观胶结模型,能够定性反映深海能源土的宏观力学特性,能源土试样的峰值强度、黏聚力和剪胀角均随水合物饱和度的增加而增加,但水合物饱和度对内摩擦角的影响规律不明朗;能源土试样的峰值强度、残余强度及体积剪缩量随着有效围压的增大而增大;剪胀角随有效围压的增大而减小。     

基于离散裂缝网络模型裂缝储层的随机模拟——以王窑区块为例

在燕山期、喜山期构造活动作用下,王窑区块发育北东向和南北向共轭剪切裂缝。针对该裂缝进行了统计分析,并利用离散裂缝网络模型对裂缝进行了随机模拟。模拟结果表明:研究区共轭裂缝北东向较为显著,且以高角度裂缝为主。裂缝对渗透率影响较为明显,将研究区的渗透率提高到20×10-3μm2,孔隙度增加约2%。     

基于离散元颗粒抗转模型的平移刚性挡墙被动土压力分析

将颗粒抗转动模型引入离散元程序中,模拟了砂性填土刚性挡土墙平移过程中的被动土压力发展过程,对比分析了考虑和不考虑抗转两种情况下墙后土压力随位移的变化规律及墙后填土微观物理量的变化规律,揭示了颗粒抗转动能力对墙后土压力大小和分布的影响。研究结果表明,不管是否考虑颗粒抗转动作用,被动土压力沿墙深基本呈线性分布,且合力作用点维持在距墙底1/3墙高处,但考虑颗粒抗转动作用时总土压力随位移量增大的幅度更加明显,且模拟结果更接近Coulomb理论解。平均纯转动率的分析结果表明,挡墙平移时墙底处颗粒转动速度较大,该处能量消散较快;若考虑颗粒抗转动作用时,该处平均纯转动率值增加。     

基于嫦娥一号卫星激光高度计数据的月表有效反射率

月壤厚度反演是我国月球探测的重要科学目标之一,其重要影响因素之一就是月球表面的有效反射率.前人在月壤厚度反演研究中使用了光滑月表反射率模型,使得月表水平极化反射率和水平极化反射率分别为0.063和0.028(观测角:30°).然而,月球表面是非常粗糙的,必须建立适合粗糙月球表面的有效反射率模型.因此,以嫦娥一号卫星微波辐射计数据的空间分辨率(3 GHz通道,56 km×56 km)为标准,利用每个微波辐射计像元范围内的激光高度计数据(8×8个)建立相应的粗糙月表模型.然后,基于Q/H模型,进行月球表面的有效反射率研究,生成了观测角为30°时月球表面水平极化有效反射率和垂直极化有效反射率分布图.结果表明,月球表面的粗糙性对月表反射率影响很大,使得水平极化反射率降低,局部地区降至0.050;垂直极化反射率增加,局部地区可达0.040,增幅达40%.     

基于离散裂隙网络模型的节理岩体渗透张量及特性分析

节理岩体几何结构非常复杂,研究其渗流特性对于指导含水岩层稳定性分析具有重要价值。应用离散裂隙网络模型DFN方法,基于VC++6.0软件平台,建立了平面渗流分析方法,分析了节理岩体不同几何分布情况下的渗透率张量特征,通过定义渗流定向性系数对岩体渗流的定向性特征进行了定量分析。结果表明：单组节理岩体渗流具有明显的各向异性特征,渗流定向性随着节理角度变化显著;节理随着节理贯通性增加,节理渗透率呈现对数增加趋势;两组节理情况下,各向异性特征随着节理组间夹角变化;两组节理岩体渗流特征研究中,正交分布下,岩体仍存在各向异性,但渗流定向性系数较低;当节理倾角服从正态分布时,随着节理倾角标准差增大,渗透率增加;两组节理夹角不同时,节理渗透主方向倾角随着夹角增大而相应增大,基本沿两组节理夹角方向的角平分线方向。     

基于弹性张量离散化的脆延转变本构模型研究

外部荷载作用下的裂隙扩展在空间上一般是非均匀的,引起岩石材料的衍生各向异性。将材料离散成大量随机分布的由力键连结的物质点,基于力键的方向性,且将局部弹性张量离散成一定数量的方向张量,理论推导出力键模量与宏观弹性参数之间的关系。通过考虑力键断裂效应,建立了各向异性弹性损伤本构模型。为了模拟中等孔隙率岩石在常规三轴压缩试验中脆性向延性转变的力学行为,在力键断裂效应中引入损伤抑制函数。通过模拟Tennessee大理岩和Indiana石灰岩的常规三轴实验,并与试验数据对比,验证了模型的合理性和有效性。