层状岩体三维构模方法与空间数据模型

岩体的结构特征是决定工程稳定性的重要因素．对岩体结构特征的刻画，已成为工程稳定性分析中不可缺少的手段与依据．根据岩体的结构特征，从三维构模的角度上，将层状岩体划分成连续型非褶皱岩体、断裂型非褶皱岩体与褶皱型岩体3种基本类型的结构单元．在此基础上，形成分别适用于3种类型结构单元的柱体构模方法、表面构模方法与断面构模方法；对应3种基本结构单元，建立3种空间数据模型，即：柱体模型、TIN面模型与断面模型．并通过模型实例验证了构模方法与空间数据模型的可行性。     

矿床模型辅助建模工具及其开发

块段构模技术因构模简单、实用而广泛用于储量计算、开采设计和计划编制，但对于复杂矿体，则边界误差大，应用效果较差，常采用人工修正模型予以修正，作者通过研究地形模型、品位模型、方差模型和岩性模型的存储结构，采用面向对象方法和可视化技术，设计和开发了一个三维矿床模型全屏幕编辑器DME.DME实现了三维矿床模型任意层、行、列的全屏幕数据浏览、修改、编辑和统计，对矿床模型的平面、剖面估值数据进行可视化编辑。     

城市三维地基信息咨询系统的设计与开发

将地理信息系统（GIS）作为城市三维地基信息咨询系统设计和开发平台，具体说明了系统设计的总体思路以及功能模块的建立，不仅可以实现岩土工程原始资料可视化的动态查询和检索，同时，将原始数据与数学计算方法相结合，利用三维随机场模型，实现对拟建工程岩性参数指标的预测功能，系统应用后将为管理决策部门提供科学的结论和更高层次的决策支持信息，为各级建设企业提供信息咨询服务。     

约束剖分的含断层地质体三维构模方法

针对地下空间三维地质构模技术发展慢的问题,提出一种快速三维构模的方法.首先利用径向扫描法将无约束的点集构建成无约束初始的三角网,再将多源数据中的约束线（包括剖面线、地表地质线、基岩地质线等）依次嵌入到无约束的初始三角网中重新生成带约束的德劳内三角剖分,生成了地层面、断层面等,然后通过人工拼接这些地层面,最终形成完整的三维地质体模型.运用Visual C++ 6.0生成的各种不规则三角网模型,建立了武汉市汉阳区城市三维地质模型.实践结果表明,建立的三角网范围广且包含了大部分的约束点,增加了构模的精度、速度.     

三维建模技术及实现方法对比研究

基于三维建模技术丰富的内涵展开论述,详细探讨了三维空间模型及其构模方法,并对比分析了目前常用的10种三维构模方法(或建模技术)的优缺点及适用场合。然后通过对基于OpenGL、DirectX、Java3D和IDL 4种三维建模实现方法性能的比较,论证了三维应用中采用基于OpenGL的三维建模技术具有很大的优越性和适用性,并进一步分析了目前常用的2种典型的基于OpenGL的三维编程方法的优劣。     

流体动力学的SPH模型面向对象设计及其实施

提出并实现了一种面向对象的光滑粒子流体动力学（SPH）模型。采用统一建模语言（UML）进行SPH模型的软件体系结构建模,并分析说明各模块类以及类之间关系。其中SPH模型的最根本类是由问题域模块类和主控模块类组成的。问题域模块类是由文件操作类、粒子类、材料类、容器类、边界粒子类和数组存储类组成的。主控模块类是由近似函数类和粒子系统方法类组成的。在此体系结构下,采用C＋＋语言结合OpenGL图形库进行SPH模型的编码,实现了在特定容器中进行SPH流体流动的3D仿真可视化实验。研究工作表明,面向对象方法适合于SPH模型的框架设计和代码编制,所编制的SPH模型程序可以对流体动力学问题进行初步的科学计算及其可视化。     

基于GIS技术桥梁施工三维模型信息系统的应用研究

本文设计实现了一个桥梁施工三维模型信息系统,并以实际桥梁施工改造工程为例,利用该系统进行了工程桥梁三维模型的精确量算、路径浏览、通视分析、信息管理、施工推演等工作,实现桥梁施工方案的三维可视化表达及信息化管理.     

基于VTK的三维地层可视化探讨

地层可视化是地质工程中急需解决的一个热点问题.在研究VTK体系结构的基础上,探讨了VTK支持下地层可视化技术,结合Microsoft Visual Studio .NET 2005和VTK.Net,采用规则网格三棱柱模型,开发了三维地层可视化系统.研究表明,以VTK为三维可视化工具来进行地层的三维可视化的途径是可行的,在可视化性能以及可视化效果等方面均有较好的效果.     

“深部岩体力学与开采理论”研究构想与预期成果展望

国内外深部资源开采发展的现状表明,随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭,深部矿产资源开采已然趋于常态。然而,由于深部岩体典型的“三高”赋存环境的本真属性及资源开采“强扰动”、“强时效”的附加属性,导致深部高能级、大体量的工程灾害频发,机理不清,难以预测和有效控制,传统岩石力学和开采理论在深部适用性方面存在争议。其根本原因在于,现有岩石力学理论都建立在基于静态研究视角的材料力学基础上,已滞后于人类岩土工程实践活动,与深度不相关、与工程活动不相关、与深部原位环境不相关,亟需发展考虑深部原位状态和开采扰动的深部岩体力学新理论、新方法,破解深部资源开采的理论与技术难题。项目以提升中国深部资源获取能力为导向,针对我国深部矿产资源开采将全面进入1000~2000m阶段这一基本现状,凝练了四大关键科学问题：（1）深部岩体原位力学行为与地应力环境;（2）深部岩体应力场-能量场分析、模拟与可视化;（3）深部强扰动和强时效下的多相并存多场耦合理论;（4）深部资源低生态损害协同高效开采理论与技术。并结合关键科学问题的内涵,提出了五大重点研究内容：（1）深部岩体原位力学行为和地应力环境;（2）深部采动岩体力学及多场多相渗流理论;（3）深部采动应力场-能量场演化规律;（4）深部岩体变形监测、安全预警与稳定控制;（5）深部矿产资源生态化协同高效开采理论与技术。最后,将五大重点研究内容细分为九大前沿研究方向：（1）深部岩体原位力学行为研究;（2）深部围岩长期稳定性分析与控制;（3）深部地应力环境与灾害动力学;（4）深部强扰动和强时效下多场多相渗流理论;（5）深部采动应力场-能量场分析、模拟与可视化;（6）深部高应力诱导与能量调控理论;（7）深部采动岩层变形监测预警与控制;（8）深部煤矿安全绿色开采理论与技术;（9）深部金属矿协同开采理论与技术。从而初步构建了深部岩体力学与开采理论研究体系,以期为未来我国数万亿的深部矿产资源开发提供理论基础与技术支撑。     

大跨度浅埋隧道岩体的工程地质研究

目的以我国跨度最大的公路隧道韩家岭浅埋隧道为背景，讨论通过不连续面网络图模拟真实岩体的几何特征．建立工程适。用的计算模型问题。探讨地表不连续面研究成果对于隧道稳定性分析和设计的意义．方法采用蒙特卡洛方法建立不连续面模拟的数学模型。应用计算机随机绘制拟开挖岩体不连续面三维网络图．结果介绍了隧道岩体相关工程地质工作。给出了基于统计原理的岩体不连续面三维计算机模拟方法．结论应用“岩体不连续面数据处理系统”进行数据的计算机处理，可以随机模拟不同不连续面产状参数．绘制出拟开挖岩体不连续面三维网络图，建立工程适用的计算模型．设计初期由拟开挖隧道附近公路路堑边坡得到的工程地质研究结果与隧道施工期间得到的隧道围岩工程地质研究结果基本一致，表明采用地表不连续面工程地质工作研究结果进行隧道设计的可能性．     

三维加锚弹塑性损伤模型在大型山体边坡工程中的应用

首先根据节理岩体的损伤机制 ,建立了三维弹塑性损伤本构模型反映节理岩体的损伤变形特性 ,然后考虑节理岩体的岩锚支护效应 ,建立了空间损伤锚柱单元模型模拟锚杆的支护效果 ,最后将建立的模型应用于三峡船闸高边坡 ,进行了边坡加锚节理岩体开挖卸荷三维非线性有限元计算 ,获得了一些有益的工程结论     

基于OpenGL三维河网地形与数据场的可视化

结合虚拟现实技术在数字流域中的应用,研究了数字高程模型的建立与三维地形实时绘制显示的机制.详细描述水利工程三维模型的构建及可视化仿真,在三维数字河网基础上叠加了实时计算的流场与温度场的数据,实现三维动态流场与温度场可视化.基于OpenGL环境开发的交互式可视化仿真系统形象地描绘流域内的地形场景、水利工程、河网等,对实现三维漫游、空间信息查询、洪水淹没分析和专业成果数据的可视化分析方面具有重要的作用.为分析水利水电工程建设对河道天然径流的影响,尤其是库区上下游水温方面的生态环境影响,提供了一个可视化的分析平台.     

3D integrated modeling approach to geo-engineering objects of hydraulic and hydroelectric projects

Aiming at 3D modeling and analyzing problems of hydraulic and hydroelectric en-gineering geology,a complete scheme of solution is presented. The first basis was NURBS-TIN-BRep hybrid data structure. Then,according to the classified thought of the object-oriented technique,the different 3D models of geological and engi-neering objects were realized based on the data structure,including terrain class,strata class,fault class,and limit class;and the modeling mechanism was alterna-tive. Finally,the 3D integrated model was established by Boolean operations be-tween 3D geological objects and engineering objects. On the basis of the 3D model,a series of applied analysis techniques of hydraulic and hydroelectric engineering geology were illustrated. They include the visual modeling of rock-mass quality classification,the arbitrary slicing analysis of the 3D model,the geological analysis of the dam,and underground engineering. They provide powerful theoretical prin-ciples and technical measures for analyzing the geological problems encountered in hydraulic and hydroelectric engineering under complex geological conditions.     

GM(1,1)模型在水电工程软弱岩石力学试验分析中的应用

应用灰色控制理论,对泥质岩石软化试验中的主要力学参数数据进行建模分析,提出了描述和预测膨胀岩石软化和水解作用过程中的非线性力学特性GM（1,1）模型．     

基于隧道掘进机掘进过程的岩体状态感知方法

针对现有技术无法预先、实时获取隧道掘进机（TBM）掌子面岩体状态参数的问题,提出基于TBM掘进过程监测的岩体状态感知方法. 以吉林引松供水工程TBM施工隧道为依托,分析TBM掘进过程中掘进参数的变化规律,建立TBM掘进参数与岩体参数数据库,研究TBM设备参数和在掘岩体参数之间的相互关系. 分别采用分步回归和聚类分析的方法建立岩机关系模型,利用监测TBM掘进参数实时感知岩石强度、体积节理数和围岩等级等参数. 以石灰岩和花岗岩地层为例,对TBM在掘岩体参数的预测值与实际值进行对比. 结果表明,利用提出的岩体状态感知方法预测的岩石抗压强度UCS和体积节理数与实际值的误差小于18%,预测当前围岩等级与实际岩体状态基本一致,验证了研究结果的准确性.     

Dynamic simulation and optimization approach to construction diversion of hydraulic and hydroelectric projects

To solve the engineering and scientific problems in construction diversion and its simulation analysis, a complete scheme is presented. Firstly, the complex constraint relationship was analyzed among main buildings, diversion buildings and flow control. Secondly, the time-space relationship model of construction diversion system and the general block diagram-oriented simulation model of diversion process were set up. Then, the corresponding numerical simulation method and 3D dynamic visual simulation method were put forward. Further, the simulation and optimization platform of construction diversion control process was developed, integrated with simulation modeling, computation and visualization. Finally, these methods were applied to a practical project successfully, showing that the modeling process is convenient, the computation and the visual analysis can be coupled effectively, and the results conform to practical state. They provide new theoretical principles and technical measures for analyzing the control problems encountered in construction diversion of hydraulic and hydroelectric engineering under complex conditions. Supported by the National Basic Research Program of China (“973” Program) (Grant No. 2007CB714101), the National Key Technology R&D Program in the 11th Five year Plan of China (Grant No. 2006BAB04A13) and the National Science Fund for Distinguished Young Scholars of China (Grant No. 50525927)     

坝区岩体蠕变参数反演与边坡开挖流变计算分析

软弱岩体是影响边坡安全稳定的重要因素,为有效反映大岗山坝区辉绿岩脉和断层破碎带等软弱岩体的蠕变变形特性,根据大岗山坝区现场压缩蠕变试验资料和推导的基于广义开尔文模型的刚性承压板边缘岩体的粘弹性变形计算公式,采用优化反演法计算得到坝区软弱岩体的蠕变力学参数,建立了大岗山水电站坝区边坡开挖卸荷的三维流变计算分析模型,使用FLAC3D软件详细分析了边坡分步开挖过程中坝肩坝基岩体的变形特性和软弱岩体的蠕变力学效应,获得了对工程设计和施工具有指导意义的建议和结论.     

井孔岩体稳定分析的弹塑性有限元格式

研究了倾斜油井井孔周围含天然裂纹的孔隙岩体的机械力学行为及其与流体流动耦合的力学问题，建立了相应的有限元格式.模型中将含天然裂纹的孔隙岩体看作双孔隙介质，即孔隙岩体和其中包含的裂隙系统.孔隙岩体和裂隙系统二者具有不同的孔隙率和不同的渗透特性.模型将孔隙岩体、裂隙系统、以及流体的流动三者耦合起来考虑，给出的有限元格式可以考虑岩体和裂隙系统二者不同的孔隙率和不同的渗透率.采用这一有限元格式分析了任意倾角的孔隙裂隙岩体中井孔围岩的变形与岩体内部流体的流动.     

岩体力学与工程应用概述

岩体力学是与工程紧密相连的一门学科，它的发展将会推动工程建设的不断深入．本文首先简要介绍了岩体力学的发展情况，然后从学科知识应用于实际的工程的步骤（先建立模型，然后用实验获得相应的数据，最后，借助数值方法得出模型的解答），阐述了当前的进展并付以工程实例和新的理论．最后，对今后的发展方向进行了展望．