不良地质构造三维网格模型重构方法及工程应用
发布时间：2021-02-16 03:37
在地下空间开发工程中,不可避免的会遇到不良地质构造,对不良地质条件下的岩土工程稳定性进行分析及评价变得尤为重要。目前,基于地球物理勘探资料,利用先进的计算机信息技术建立高精度的三维网格模型,对构建的三维网格模型进行数值分析,是岩土工程领域研究的热点之一。本文提出一种基于CT探测技术的不良地质构造三维网格模型重构方法,在详细介绍三维网格模型重构理论背景的基础上,开展弹性波CT探测仿真和三维网格模型重构,并从仿真度和承载力分析两个方面对三维网格模型重构方法的建模精度进行检验。最后通过开展弹性波CT探测现场试验评价三维网格模型重构方法的适应性,并对不良地质构造的承载力和注浆加固效果进行了评价。首先以三维可视化和三维网格构建为基础进行了三维网格模型重构方法理论研究。对比三维可视化建模面绘制、体绘制的优缺点和适用性,提出了基于区块化Kriging插值的体绘制三维可视化建模方法。在三维网格构建理论中,采用峰值法进行材料分割,以六面体网格为单元进行网格划分和材料属性映射。论文提出了用于孤立点簇过滤的累计标记法,有效提高建模精度的同时,又可以控制模型中网格单元的规模,提高计算效率。考虑溶洞和探测钻孔之...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
上海交通大学硕士学位论文12由表2-1可以看出，就面绘制和体绘制法的可视化效果来说，体绘制方法效果更好，随着计算机硬件技术的快速发展，体绘制算法内存需求大、绘制速度慢的特点也逐渐被克服。本文所研究的对象是灰岩中的岩溶不良地质体，其空间分布状态具有离散性大，形状不规则等特点，体绘制法三维可视化建模对其空间分布状态和形状有较高的还原度，也使得对其进行力学分析的可靠性较高。2.1.2区块化Kriging插值三维空间插值是重现三维地质空间的重要手段与方法，Kriging插值法是一种基于协方差函数求最优、线性、无偏的空间插值方法，可实现基于二维CT切片的三维可视化过程，且插值效果稳定。传统的三维可视化方法要求将二维切片展示在三维空间中，直接进行Kriging插值，这样做并不适合本文所述弹性波CT切片的排布方式。在基于弹性波CT法的不良地质探测中，CT切片相交将探测区域划分成若干个五面体，若直接进行Kriging插值，每个五面体内离散数据点的插值对象不仅包括五面体的三个侧面，还包括其他弹性波CT切片，模型的精确度大大降低。在插值过程中，将弹性波探测区域区块化，以弹性波CT切片及其交线为边界把探测区域划分若干五面体，并对插值对象和离散数据点进行约束，以三个侧面为插值对象，对五面体内各离散数据点进行Kriging插值，如图2-1所示。图2-1三维空间区块化示意图Fig.2-13Dblockdiagram因此，在对二维CT切片进行三维空间展布后，对插值对象和离散数据点进行区块化约束后插值，有效的提高了模型的精确度。
上海交通大学硕士学位论文17次序，将当前数据点的6个邻点，分为3个前邻和3个后邻，当前数据点和三个前邻点的值G(i,j,k)、G(i-1,j,k)、G(i,j-1,k)和G(i,j,k-1)分别记为Gs、G1、G2和G3。图2-2邻点示意图Fig.2-2Diagramofadjacentpoints采用依次沿i、j、k正方向的扫描方式对数据点阵进行顺序标记，若首先以G(i,j,k)=1的数据点为需要标记的目标，则G(i,j,k)=0的数据点暂无需标记。综合所有聚集簇数据点整合情况，当前数据点为目标点时，当前元素的8种前邻状态及聚集簇整合情况列于表2-2中。表中，m1、m2、m3分别为三个前邻点(i-1,j,k)、(i,j-1,k)和(i,j,k-1)所在原聚集簇中数据点数目。表2-28种前邻状态及聚集簇整合情况Table2-2EightkindsofadjacentstateandclusterintegrationCaseGsG1G2G3聚集簇m(1)1000新建分组1(2)1100分组不变m1+1(3)1010分组不变m2+1(4)1001分组不变m3+1(5)1110分组合并m1+m2+1(6)1101分组合并m1+m3+1(7)1011分组合并m2+m3+1(8)1111分组合并m1+m2+m3+1完成上述累计标记扫描后，以G(i,j,k)=0的数据点为需要标记的目标，再次进行扫描。所有数据点根据其前邻状态被分配至不同的聚集簇，将数据点数m小于一定值的聚集簇定义为孤立点簇，并对孤立点簇的材料属性值G(i,j,k)进行转
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界金融危机之后高铁建设与中国经济持续发展[J]. 姚树洁. 武汉大学学报(哲学社会科学版). 2018(06)
[2]井间电磁波CT在昆明地铁岩溶区地质勘察中的应用[J]. 徐智勇,王俊,王时平. CT理论与应用研究. 2018(05)
[3]基于牛顿迭代法和遗传算法的CSAMT近场校正[J]. 栾晓东,底青云,雷达. 地球物理学报. 2018(10)
[4]基于三维梯度幅值的CT图像体绘制[J]. 罗明,孙水发,王骊雯,董方敏. 系统仿真学报. 2018(07)
[5]管线渗漏破坏下地铁隧道施工坍塌风险预测[J]. 王,刘保国,亓轶. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[6]基于能量最小化原理的弹性波CT成像频域有限元反演算法[J]. 薛龙,刘天云,张建民. 地震工程学报. 2018(02)
[7]基于GIS的不良地质三维建模及线路优化设计研究[J]. 袁锋,韩峰,康峰. 铁道标准设计. 2018(04)
[8]武汉市江夏区大桥新区红旗村黏土盖层岩溶塌陷致塌模式分析[J]. 涂婧,李慧娟,彭慧,魏熊,贾龙. 中国岩溶. 2018(01)
[9]基于三维激光技术的路面坑槽多维度指标检测[J]. 惠冰,郭牧,王洲,蔡宜长. 同济大学学报(自然科学版). 2018(01)
[10]力学筑梦中国[J]. 龙驭球,崔京浩,袁驷,陆新征. 工程力学. 2018(01)
博士论文
[1]基于GIS的多源工程地质信息管理和三维建模研究[D]. 朱发华.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2010
[2]工程地质三维建模与计算的可视化方法研究[D]. 刘振平.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2010
[3]基于破坏接近度的岩石工程安全性评价方法的研究[D]. 张传庆.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2006
硕士论文
[1]基于CT图像的肾上腺肿瘤数字化三维重建模型在腹腔镜下肾上腺切除术中的应用研究[D]. 刘奇.南方医科大学 2018
[2]基于煤岩体CT图像裂隙三维重建及其特性研究[D]. 刘敏.中国矿业大学 2017
[3]井间地震CT技术及其在铁路岩溶勘察中的应用[D]. 张连伟.天津大学 2014
[4]CT图像三维重建技术的研究与应用[D]. 韩成虎.华南理工大学 2010
[5]基于断层图像的三维实体重建[D]. 张峰.中国科学技术大学 2009
[6]基于骨骼CT图象的三维重构[D]. 姚国鹏.西安科技大学 2003
本文编号：3036083
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
上海交通大学硕士学位论文12由表2-1可以看出，就面绘制和体绘制法的可视化效果来说，体绘制方法效果更好，随着计算机硬件技术的快速发展，体绘制算法内存需求大、绘制速度慢的特点也逐渐被克服。本文所研究的对象是灰岩中的岩溶不良地质体，其空间分布状态具有离散性大，形状不规则等特点，体绘制法三维可视化建模对其空间分布状态和形状有较高的还原度，也使得对其进行力学分析的可靠性较高。2.1.2区块化Kriging插值三维空间插值是重现三维地质空间的重要手段与方法，Kriging插值法是一种基于协方差函数求最优、线性、无偏的空间插值方法，可实现基于二维CT切片的三维可视化过程，且插值效果稳定。传统的三维可视化方法要求将二维切片展示在三维空间中，直接进行Kriging插值，这样做并不适合本文所述弹性波CT切片的排布方式。在基于弹性波CT法的不良地质探测中，CT切片相交将探测区域划分成若干个五面体，若直接进行Kriging插值，每个五面体内离散数据点的插值对象不仅包括五面体的三个侧面，还包括其他弹性波CT切片，模型的精确度大大降低。在插值过程中，将弹性波探测区域区块化，以弹性波CT切片及其交线为边界把探测区域划分若干五面体，并对插值对象和离散数据点进行约束，以三个侧面为插值对象，对五面体内各离散数据点进行Kriging插值，如图2-1所示。图2-1三维空间区块化示意图Fig.2-13Dblockdiagram因此，在对二维CT切片进行三维空间展布后，对插值对象和离散数据点进行区块化约束后插值，有效的提高了模型的精确度。
上海交通大学硕士学位论文17次序，将当前数据点的6个邻点，分为3个前邻和3个后邻，当前数据点和三个前邻点的值G(i,j,k)、G(i-1,j,k)、G(i,j-1,k)和G(i,j,k-1)分别记为Gs、G1、G2和G3。图2-2邻点示意图Fig.2-2Diagramofadjacentpoints采用依次沿i、j、k正方向的扫描方式对数据点阵进行顺序标记，若首先以G(i,j,k)=1的数据点为需要标记的目标，则G(i,j,k)=0的数据点暂无需标记。综合所有聚集簇数据点整合情况，当前数据点为目标点时，当前元素的8种前邻状态及聚集簇整合情况列于表2-2中。表中，m1、m2、m3分别为三个前邻点(i-1,j,k)、(i,j-1,k)和(i,j,k-1)所在原聚集簇中数据点数目。表2-28种前邻状态及聚集簇整合情况Table2-2EightkindsofadjacentstateandclusterintegrationCaseGsG1G2G3聚集簇m(1)1000新建分组1(2)1100分组不变m1+1(3)1010分组不变m2+1(4)1001分组不变m3+1(5)1110分组合并m1+m2+1(6)1101分组合并m1+m3+1(7)1011分组合并m2+m3+1(8)1111分组合并m1+m2+m3+1完成上述累计标记扫描后，以G(i,j,k)=0的数据点为需要标记的目标，再次进行扫描。所有数据点根据其前邻状态被分配至不同的聚集簇，将数据点数m小于一定值的聚集簇定义为孤立点簇，并对孤立点簇的材料属性值G(i,j,k)进行转
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界金融危机之后高铁建设与中国经济持续发展[J]. 姚树洁. 武汉大学学报(哲学社会科学版). 2018(06)
[2]井间电磁波CT在昆明地铁岩溶区地质勘察中的应用[J]. 徐智勇,王俊,王时平. CT理论与应用研究. 2018(05)
[3]基于牛顿迭代法和遗传算法的CSAMT近场校正[J]. 栾晓东,底青云,雷达. 地球物理学报. 2018(10)
[4]基于三维梯度幅值的CT图像体绘制[J]. 罗明,孙水发,王骊雯,董方敏. 系统仿真学报. 2018(07)
[5]管线渗漏破坏下地铁隧道施工坍塌风险预测[J]. 王,刘保国,亓轶. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[6]基于能量最小化原理的弹性波CT成像频域有限元反演算法[J]. 薛龙,刘天云,张建民. 地震工程学报. 2018(02)
[7]基于GIS的不良地质三维建模及线路优化设计研究[J]. 袁锋,韩峰,康峰. 铁道标准设计. 2018(04)
[8]武汉市江夏区大桥新区红旗村黏土盖层岩溶塌陷致塌模式分析[J]. 涂婧,李慧娟,彭慧,魏熊,贾龙. 中国岩溶. 2018(01)
[9]基于三维激光技术的路面坑槽多维度指标检测[J]. 惠冰,郭牧,王洲,蔡宜长. 同济大学学报(自然科学版). 2018(01)
[10]力学筑梦中国[J]. 龙驭球,崔京浩,袁驷,陆新征. 工程力学. 2018(01)
博士论文
[1]基于GIS的多源工程地质信息管理和三维建模研究[D]. 朱发华.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2010
[2]工程地质三维建模与计算的可视化方法研究[D]. 刘振平.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2010
[3]基于破坏接近度的岩石工程安全性评价方法的研究[D]. 张传庆.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2006
硕士论文
[1]基于CT图像的肾上腺肿瘤数字化三维重建模型在腹腔镜下肾上腺切除术中的应用研究[D]. 刘奇.南方医科大学 2018
[2]基于煤岩体CT图像裂隙三维重建及其特性研究[D]. 刘敏.中国矿业大学 2017
[3]井间地震CT技术及其在铁路岩溶勘察中的应用[D]. 张连伟.天津大学 2014
[4]CT图像三维重建技术的研究与应用[D]. 韩成虎.华南理工大学 2010
[5]基于断层图像的三维实体重建[D]. 张峰.中国科学技术大学 2009
[6]基于骨骼CT图象的三维重构[D]. 姚国鹏.西安科技大学 2003
本文编号：3036083
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