水工渗流数值分析软件与裂隙网络的计算机图形处理

论文摘要

随着计算机技术的快速发展,水工渗流数值分析方法也更加成熟。无论是研发、设计还是施工人员,都更多地考虑岩体的渗流分析,然而目前还没有一个很好的通用软件。开发一套程序结构合理、易于理解、便于操作、能分析水工各种渗流问题的专业软件具有十分广阔的应用前景。本文在何萌开发的水工渗流数值分析软件Visual Seepage Analysis 1.0基础上,遵循软件工程的基本思想,以软件工程设计软件的原则为指导,采用Visual Basic与Fortran混合编程继续进行开发,形成水工渗流数值分析软件Visual Seepage Analysis1.1。岩体裂隙网络渗流模型相对接近实际,计算出来的结果也更可靠。近年来,裂隙网络模拟也越来越受到更多研究人员的关注。但是,当裂隙较多时工作量很大。目前裂隙网络渗流数值计算完全可以通过计算机程序来实现,然而得到连通裂隙网络却是个繁杂的手工操作过程,因此目前迫切需要解决的问题是实现裂隙网络的计算机图形处理。本文采用Visual Basic读取图形文件,通过数据结构的图形遍历算法来实现计算机处理及自动剖分。本文所做的主要工作包括以下几方面:1.实现Monte-Carlo模拟裂隙网络图的计算机处理、自动剖分与编号,并保存节点、线元信息,为下一步渗流分析和耦合分析提供准确数据,提高了效率,大大降低了工作量;2.为已经编译好的渗流数值分析程序编写可视化外壳程序,并依次添加了改进遗传算法实现帷幕参数优化、二维渗流场与应力场耦合及完善二维裂隙网络稳定非稳定渗流分析;3.完成计算数据的屏幕显示,实现Visual Basic和surfer软件的接口,并自动绘制等值线图形;4.采用Visual Basic中的通用对话框读入前处理生成的文件信息,与软件界面输入相结合,灵活的实现文件的格式转化、整合及保存,使得软件更方便实用。本论文以实际工程为例,由工程坝址区岩体地质结构几何要素模拟裂隙网络图形,然后进行计算机处理输出节点线元信息,并直接应用于二维裂隙网络稳定与非稳定渗流数值分析中,进行了整个过程的应用演示,验证软件的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 裂隙岩体渗流发展概述
• 1.1.1 裂隙岩体渗流
• 1.1.2 岩体渗流数值模型的研究现状
• 1.1.3 岩体渗流分析方法
• 1.2 水工数值分析应用软件开发的现状
• 1.2.1 可视化技术
• 1.2.2 水工软件开发现状
• 1.2.3 水工渗流数值分析软件开发现状
• 1.3 研究目的、方法和内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 基本研究方法
• 1.3.3 研究内容
• 2 渗流分析计算相关理论
• 2.1 裂隙网络渗流分析理论
• 2.1.1 裂隙网络研究基础
• 2.1.2 二维裂隙网络渗流计算法
• 2.2 坝基灌浆帷幕优化理论方法
• 2.2.1 帷幕的各种参数
• 2.2.2 相关简化计算公式
• 2.2.3 灌浆帷幕的优化数学模型
• 2.2.4 灌浆帷幕的优化计算方法
• 2.3 本章小结
• 3 水工渗流数值分析软件的基本功能
• 3.1 软件开发的背景
• 3.2 软件工程的指导思想与原则
• 3.3 水工渗流数值分析软件开发思想
• 3.4 软件基本功能
• 3.5 软件界面
• 3.6 本章小结
• 4 裂隙网络的计算机模拟、图形处理与自动剖分
• 4.1 裂隙网络模拟生成
• 4.1.1 离散裂隙网络模型
• 4.1.2 Monte-Carlo法
• 4.1.3 Monte-Carlo模拟生成裂隙网络
• 4.1.4 DXF文件
• 4.2 裂隙网络图形的计算机处理及自动剖分
• 4.2.1 裂隙网络图形处理思想
• 4.2.2 图形的遍历搜索
• 4.2.3 图形计算机处理的两种算法
• 4.2.4 图形计算机处理过程
• 4.3 算例
• 4.4 本章小结
• 5 分析计算
• 5.1 混合编程
• 5.1.1 问题引入
• 5.1.2 混合编程主要方法
• 5.1.3 分析计算软件介绍
• 5.2 前处理和分析计算之间的数据传输
• 5.3 本章小结
• 6 后处理
• 6.1 结果文件显示与保存
• 6.2 等值线图的生成和绘制
• 6.3 实例介绍
• 6.4 本章小结
• 7 水工渗流数值分析软件的应用演示
• 7.1 裂隙网络渗流分析演示
• 7.1.1 工程地质概况
• 7.1.2 裂隙网络生成及自动处理
• 7.1.3 二维裂隙稳定渗流数值分析
• 7.1.4 二维裂隙非稳定渗流数值分析
• 7.2 渗流场与应力场耦合分析演示
• 7.2.1 算例
• 7.2.2 渗流应力耦合分析
• 7.3 本章小结
• 8 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录