层状岩质边坡三维可视化系统研究

层状岩质边坡三维可视化系统研究[摘要]本论文提出了一种利用GOCAD三维建模软件建立三维模型、结合FLAC3D数值模拟软件针对层状岩质边坡进行三维可视化建模与稳定性分析的新方法。论文中所提出的层状岩质边坡三维可视化思路、方法以及编制的三维模型转换程序具有一定的实用价值，对发展层状岩质边坡三维可视化技术有一定的理论意义和现实意义。[关键词]层状岩质边坡三维可视化GOCADFLAC3D[中图分类号]U213.1+3[文献码]B[文章编号]1000-405X（2014）-7-250-21概述层状岩质基坑在西南地区比较常见，针对层状岩体进行专门研究是十分必要的。本论文提出了一种利用GOCAD三维建模软件建立三维模型、结合FLAC3D数值模拟软件针对层状岩质边坡进行三维可视化建模与稳定性分析的新方法。论文所取得的成果对发展层状岩质边坡三维可视化理论和支护设计理论有重要的理论意义、现实意义和较广阔的应用前景。2层状岩质边坡三维可视化实现方法GOCAD建立的SGrid模型的对象及其组成部分的示例，如图1所示。表1所示为SGrid模型保存的ascii码文件，其中X，Y，Z分别代表三个方向上的坐标，I，J，K唯一确定了每个点的空间位置。可以认为I代表了X方向、J代表了Y方向、K代表了Z方向，其对应关系如图1所示（部分资料）。如图2可以知道SGrid模型点的排列顺序是先沿X方向、再沿Y方向、最后沿Z方向排列的，这样就找到了GOCAD生成的ascii码文件中的坐标点的规律；下面再分析一下六面体在FLAC3D中的表示形式。由于FLAC3D中六面体的点是严格按照一定顺序排列的，P0、P1、……、P7都是预定义好了的。图2中的第1、2、4、5、10、11、13、14共8个点组成的1个六面体，可以发现如下规律：P0→第4个点、P1→第1个点、P2→第5个点、P3→第13个点、P4→第2个点、P5→第14个点、P6→第10个点、P7→第11个点。将这些对应关系用1组简单的数字描述为{4，1，5，13，2，14，10，11}。依此类推，图2中的8个六面体点的对应关系依次为{4，1，5，13，2，14，10，11}；{5，2，6，14，3，15，11，12}。以上2组数为第1层（按y轴方向）、第1列上的2个六面体。{7，4，8，16，5，17，13，14}；{8，5，9，17，6，18，14，15}这两组数为第1层、第2列上的2个六面体，以上4组数为第1层的4个六面体。{13，10，14，22，11，23，19，20}；{14，11，15，23，12，24，20，21}2组数为第2层、第1列上的2个六面体。{16，13，17，25，14，26，22，23}；{17，14，18，26，15，27，23，24}这两组数为第2层、第2列上的2个六面体，这4组数是第2层的4个六面体。通过分析可以发现这些数据之间是有很强的规律性，具体的规律如下所示。①以列来看，每1列的后面1组数都是在前1组数的基础上加1。②以层来看，换列后该列的第一组数是在前1列最后1组数的基础上加2，其后的每1组数的规律同①中的规律。③当换层后该层第1组数应该在前1层最后1组数的基础上加x+2（x为X方向上模型所分的行数，图2中x=3），该层其后的数组适用①、②中的规律。④为了算法的普适性，初始六面体的那组数{4，1，5，13，2，14，10，11}可以改写成{（x+1），1，（x+2），（x*y+x+1），2，（x*y+x+2），（x*y+1），（x*y+2）}，其可以作为程序编制中的初始值。其中（x为X方向上模型所分的行数；y为Y方向上模型所分的列数（谭浩强，2002）。3层状岩质边坡三维可视工程实例3.1工程概况该滑坡位于贵阳市乌当区云锦庄至开阳公路K44+360～K44+450m右侧陡坡上，滑坡沿主滑方向长约100m，宽150m，滑体面积约1.35万m2，滑动面最大深度13.50m，体积约13万m3，属于大型滑坡。滑坡工程平面布置图如图3。3.2工程实例分析从Gocad导入数据在FLCA3D生成的三维空间计算模型，如图4所示。计算模型赋予地质材料物理参数，如表2所示，重度分布图如图5所示。模型的计算的边界条件，根据实地勘察情况，在离滑坡范围足够远处固定模型四个边界，和一个底部面，顶面为自由边界。根据地质勘察结果取得的参数，通过运算得出模型垂直方向应力分布如图6所示；X方向位移如图7所示。如果不开挖坡脚，边坡在自然重力的作用下是保持平衡状态的，不发生过大的边坡位移。开挖坡脚是导致边坡在失去稳定性的直接原因，在重力的剪切作用下，边坡发生大变形，边坡坡面发生较大裂缝。在覆盖层和基岩间形成了滑动面。如图8所示，边坡最大位移到达24cm左右。通过分析可以发现，数值模拟的结果跟工程勘察的结果能够较好的拟合。从而证明了应用本论文提出的方法进行数值模拟的合理性与可行性，表明本方法具有一定的实际应用价值。参考文献[1]李巍.层状岩质基坑三维可视化系统初步研究[D].贵阳：贵州大学硕士学位论文，2009.[2]段富凯.层状岩质边坡三维可视化系统研究[D].贵阳：贵州大学硕士学位论文，2009.[3]刘波，韩彦辉.FLAC原理、实例与应用指南[M].北京：人民交通出版社，2005.[4]和平鸽工作室.OpenGL高级编程与可视化系统开发（高级编程篇）[M].中国水利水电出版社，2003.[5]RichardS..潇湘工作室译.OpenGL超级宝典（第2版）[M].北京：人民邮电出版社，2001.