工程岩体三维地质建模与可视化研究

摘要

工程岩体具有结构复杂性、赋存环境复杂性和工程利用复杂性,该论文旨在通过三维地质建模和可视化技术,实现地质现象和工程现象的综合表达,并对三维地质模型和力学分析模型的集成方法进行探索,主要工作包括以下几方面:1.通过对与工程岩体紧密相关的三维信息层次结构的分析,建立了描述地表现象、地质现象和工程现象的规范化数据格式.2.在对已有三维地质数据模型进行总结的基础上,提出了考虑工程岩体特性的三维表面-柱体模型,对该模型的几何特征和数据结构进行了分析.在该模型中,三维空间实体被抽象为点状对象、线状对象、面状对象和体状对象,地质界面由数字表面模型表示,边坡实体和洞室实体则由柱体模型表示.3.研究了多层介质三维地质模型中工程开挖的可视化表达方法.根据工程作用和地质体的不同空间关系,采用相应的开挖算法.对于出露于地表的工程,诸如边坡、基坑等,采用多层DEM的代数运算方法;对于镶嵌于地下的工程,诸如隧道、洞室等,则采用斜切剖面的方法.4.建立了工程岩体多源信息数据库,实现了数据输入、编辑、查询、排序、转换和统计分析等功能,以便为三维可视化和力学分析提供必要的依据.5.采用面向对象方法和OPEN GL技术,设计了工程岩体三维可视化系统,实现了三维建模、旋转、平移、缩放、沿指定路径漫游和剖面绘制等基本功能.6.采用紧密模式,进行了三维地质模型与斜坡稳定性二维极限平衡计算方法和三维最小势能计算方法的集成研究;采用松散模式,进行了地下工程三维规则格网模型与FLAC 3D计算模型之间的集成研究.7.将三维地质建模和可视化技术应用到公路边坡开挖和海底隧道线位地质研究中,证明了该系统的有效性和实用性,并对同类工程具有一定的指导意义.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

§1.1选题依据和研究意义

§1.2 GIS简介

§1.3国内外研究现状和文献综述

1.3.1 GIS在岩土工程中的应用现状

1.3.2存在的问题和不足

§1.4研究思路和主要内容

第二章工程岩体三维现象解析

§2.1概述

§2.2地表现象

§2.3地质现象

§2.4 工程现象

§2.5小结

第三章三维数据结构分类

§3.1基于面表示的数据结构

§3.2基于体表示的数据结构

§3.3混合数据结构

§3.4面向对象的数据结构

第四章工程岩体表面-柱体构模技术

§4.1三维地质数据模型的特点

§4.2三维数据模型选取原则和设计思想

4.2.1选取原则

4.2.2设计思想

§4.3表面-柱体模型的结构特征

4.3.1基本结构

4.3.2几何特征

4.3.3几何要素

§4.4地质体三维建模

§4.5 工程开挖的实现

§4.6相关算法

4.5.1地质体三维剖分

4.5.2 TIN到规则格网DEM的转换

4.5.3三维模型变换

4.5.4斜切剖面

§4.7小结

第五章三维可视化构模系统设计

§5.1面向对象方法

§5.2数据库编程技术

§5.3 OpenGL简介

§5.4数据结构实现

§5.5基本功能

§5.6小结

第六章工程应用

§6.1公路边坡开挖三维可视化研究

§6.2海底隧道线位地质研究

第七章三维地质模型与力学分析模型集成研究

§7.1集成模式

§7.2基于三维地质模型的斜坡稳定性计算

§7.3三维地质模型与FLAC 3D计算模型集成

第八章结论和展望

§8.1主要结论

§8.2展望

参考文献

博士在读期间论文发表情况

致谢