基于三维地质模型的岩土工程设计与可视分析

论文摘要

随着“数字地球”、“数字中国”、“数字城市”等概念的提出和现代空间信息技术的飞速发展,岩土工程数字化已提上日程。国家住房与建设部“十二五”发展纲要中已明确要求,大型骨干地质勘察单位必须建立三维地层信息系统。因此,以三维地质建模为基础的岩土工程信息化建设已成为当前我国地学领域的迫切需求。开展地质体和岩土工程对象的三维建模、可视化设计与空间分析研究,对于实现城市岩土工程的科学管理,提高岩土工程的信息化、智能化决策水平,具有重要的现实意义和应用价值。本文在总结三维地质建模国内外研究和软件现状基础上,针对岩土工程开挖设计与可视分析需求开展研究,主要解决了以下问题：(1)基于理正软件岩土工程数据库,设计了岩土工程对象的数据模型与数据结构。(2)采用虚拟钻孔技术,提出并实现了距离与边界约束下的工民建场地的块状地质体及线性工程地质体缓冲区建模方法。(3)基于三维地质体与基坑体模型,引入布尔运算思想,实现了二者的无缝集成,并基于集成模型设计实现了基坑侧面展开图生成、挖后地质体剖切、建筑物基底分析以及开挖土方量计算等一系列空间分析算法。(4)设计了一种比例可调的纹理映射技术,实现了地质体和基坑开挖体的真实感可视化以及地层、土样、标准贯入实验的可视化信息查询。(5)采用面向对象编程技术,基于OpenGL图形库开发并集成了地质体缓冲区建模、可视查询与分析、基坑开挖与分析等软件功能。经过多个岩土工程实际项目的应用和验证表明,本文提出的岩土工程建模与设计分析算法及开发的原型系统稳定可行,具有一定的理论意义与工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地质体三维建模与可视化研究现状
• 1.2.2 岩土工程设计与可视分析研究现状
• 1.2.3 国内外岩土工程三维建模软件开发与应用
• 1.3 本文研究技术路线
• 1.4 本文章节安排
• 第2章 三维地质模型与岩土工程数据组织
• 2.1 地质模型数据结构
• 2.1.1 钻孔数据结构
• 2.1.2 地层地质体模型数据结构
• 2.1.3 基坑模型数据结构
• 2.1.4 剖面数据结构
• 2.1.5 可视化属性标记数据结构
• 2.2 数据组织与预处理方法
• 2.2.1 数据组织
• 2.2.2 数据预处理方法
• 第3章 三维地质体的缓冲区建模
• 3.1 块状区域三维地质体的缓冲区建模
• 3.1.1 三维地质体缓冲区分析的意义
• 3.1.2 距离约束的三维缓冲区生成算法
• 3.1.3 边界约束的三维缓冲区生成算法
• 3.2 线性工程地质体建模
• 3.2.1 线性工程地质体的钻孔数据特征与建模需求
• 3.2.2 沿中心线布置钻孔的线性工程地质体建模
• 3.2.3 沿中心线两边交错布置钻孔的线性工程地质体建模
• 第4章 岩土工程设计与可视分析
• 4.1 基坑开挖体的三维建模
• 4.1.1 基坑开挖体的三维建模现状分析
• 4.1.2 基坑开挖体的三维建模
• 4.2 基于地质体模型的基坑拓扑无缝集成
• 4.2.1 拓扑无缝集成原理及方法介绍
• 4.2.2 三角形自分解算法
• 4.2.3 相关计算准则
• 4.2.4 基坑的无缝开挖
• 4.3 基于开挖体及地质体的岩土工程可视分析
• 4.3.1 基坑开挖体的侧面图生成与分析
• 4.3.2 基于开挖后地质体的剖切分析
• 4.4 三维地质体模型的真实感可视化方法
• 4.4.1 纹理数据特征与真实感可视化要求
• 4.4.2 地层体的纹理映射与可视化方法
• 4.4.3 基坑开挖体的纹理映射与可视化方法
• 4.5 岩土工程属性信息的可视化查询
• 4.5.1 土样标记的信息查询
• 4.5.2 土层标准贯入实验的信息查询
• 4.5.3 地层属性信息查询
• 4.5.4 指定对象的单独显示方法
• 第5章 原型系统开发及实例分析
• 5.1 软件系统介绍
• 5.1.1 软件系统运行环境
• 5.1.2 软件系统开发方法介绍
• 5.1.3 功能模块集成方法
• 5.2 软件系统功能实现与实例分析
• 5.2.1 块状区域工程地质体实例
• 5.2.2 线性工程地质体实例
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介
• 在校期间参加的科研项目和发表的论文