BIM岩土工程建模与应用——以贵阳窦官基坑为例

BIM技术是近年来逐渐兴起的一项新技术,其贯穿建筑工程全生命周期,能提高项目各阶段生产效率。但在岩土工程领域,BIM技术尚处于探索阶段。该文以贵阳窦官基坑为例,采用Autodesk系列BIM软件,阐述了稀疏钻孔与地质复杂情况下使用钻孔数据与二维地质断面建立三维地质模型问题、不规则构件建模问题与数据驱动高效建模问题,并阐述了BIM技术在项目信息交流、工作量统计、施工模拟领域的应用,为岩土工作者提供参考。     

基于三维地勘数据平台的快速有限元建模方法∗

随着计算机可视化技术和数值分析方法的快速发展,三维地质建模和有限元技术在岩土工程和城市防灾减灾领域应用越来越广泛。但目前对两者间有效衔接的研究还明显不足,导致了许多重复性工作和较低的工作效率。针对这一问题,提出了一种基于三维地勘数据平台的快速有限元建模方法。利用Python语言及其Mayavi库开发了基于有限个钻孔的可视化平台,应用两种互补的空间插值法—反距离加权插值法(IDW)和克里格空间插值法(Kriging)实现地层分界面模拟,并进行层间拓扑关系分析优化。重点引入虚拟钻孔概念,提出将三维地层模型截取地块信息转化为有限元软件内置命令文件的衔接方法。以Plaxis 3D为例,实现同一大型场地不同地块的快速有限元建模和分析,为未来大规模岩土工程建设和城市防灾减灾的相关分析提供借鉴。     

上海世博会地下变电站基坑围护结构的动力反应分析

采用三维快速拉格朗日程序FLAC3D,对上海世博会500 kV地下变电站围护结构的动力反应问题进行了深入细致的分析和研究。所建立的模型采用摩尔-库伦本构关系,同时考虑了静力、动力以及地下承压水的影响,并且通过FLAC3D软件的二次开发功能引入统一强度理论,来判别围护结构中钢筋混凝土的应力状态,力求更真实地反映围护结构在动力作用下的响应状态。分析结果表明,圆型围护结构的环向刚度比较大,受力时将大部分侧向荷载转移给其环向拱结构,从而使得基坑和周围土体无论在静力状态还是动力状态下,整体变形均较小;基坑整体在所研究的各种工况下,围护结构都处于安全状态。     

岩溶区公路边坡监测TLS点云处理与3D场景构建研究

岩溶山区公路的工程地质条件极为脆弱,容易造成沿线边坡整体或局部滑坡,为保障岩溶山区公路的运营安全,对公路沿线易滑边坡进行定位监测分析是十分有必要的。选取云南九乡典型岩溶山区公路的一个易滑边坡作为实验监测对象,针对传统"点"式监测方法存在的不足,采用地面三维激光扫描(Terrestrial Laser Scanning,TLS)技术对该边坡实施了野外现场扫描并获得该易滑边坡现状的3D点云数据;基于I-Site Studio三维点云数据处理平台,开展了对该公路易滑边坡扫描获得的3D点云数据进行了配准、滤波去噪和空洞修复等预处理,以及精细化建模和三维场景构建等试验研究。整理得出了利用地面TLS技术进行岩溶山区公路易滑边坡3D点云数据采集、预处理和3D场景模拟分析等完整技术应用过程,并对TLS技术用于该实验区边坡监测的测量精度进行了评价。研究结果表明,相对于传统"点"式监测方法,地面TLS技术在岩溶山区公路沿线易滑边坡监测中能够获取更加丰富的空间三维数据,并构建出精细化的三维场景模型。     

基于广义三棱柱和Kriging插值的三维地层建模

总结分析目前三维地层建模技术存在的问题,针对其不足之处,研究广义三棱柱建模原理和Kriging空间插值方法原理,结合地质构造和地层层序特点,提出了基于广义三棱柱体元为基本单元;融合物探、化探、地调资料以及工程地质人员对研究区域的综合分析结果而产生的经验钻孔;并以地形等高线建立不规则三角网(TIN),利用Kriging空间插值方法,选择合适的变异函数,进行地层属性内插,增加虚拟插值钻孔。最后应用广义三棱柱建模方法,使用以上三类钻孔数据建立相对准确的三维地层模型。     

一种基于三维地质模型的土质边坡稳定性分析方法

基于Petrel软件实现的三维地质模型,提出了一种考虑整体滑动的三维极限平衡新方法。假设各块段重心点作用在一条直线上且与主滑方向一致,利用三维地质模型得到的滑动面表面积、滑体体积以及重心点处滑面切线角度,在忽略块段间竖向切力的情况下,建立了土质边坡力的多边形闭合和极限平衡条件的稳定性分析方法。通过经典算例的验证,该方法计算简单,具有很好的可行性和实用性。     

洪涝过程模拟及三维实景展示方法研究

针对变化环境下洪涝灾害频发以及洪涝模拟结果二维展示的自身局限性等问题,将高分辨率数值模型与三维可视化技术耦合,以陕西沣西新城、英国莫帕斯镇洪涝灾害过程为例,采用基于GPU加速技术的高分辨数值模型对城镇及江河洪涝灾害过程进行数值模拟,以较为准确获取洪灾淹没时间、淹没面积等信息;后处理展示方面实现数值模型与Unity 3D平台耦合,对洪涝过程模拟结果进行三维可视化展示,实现场景漫游等功能;应用快门式3D技术进行三维浏览,初步实现基于3D立体成像的洪水模拟展示。结果表明,计算结果与实测数据吻合度较高,积水面积平均相对误差分别为6.235%,1.505%,并真正实现了三维环境下的水灾害过程信息交互展示。可作为一种有效的协同平台来增强相关人员之间的沟通与协作,为决策人员提供准确有效的科学依据,在水利领域具有较好应用前景。     

基于三维扫描的火灾后建筑空间结构虚拟重建系统

传统系统在进行火灾后损毁建筑空间结构虚拟重建时,未进行虚拟受力模拟,重建效果不佳,并行处理效果差。为此,该文结合三维扫描技术,构建灾后建筑空间的草图,设计出一个性能更佳的系统完成火灾后建筑空间结构虚拟重建。三维激光扫描仪直接连接计算机实现对灾后损毁建筑数据采集,提高数据是准确性;对系统软件功能架构进行设计,通过单片测图功能进行灾后建筑空间草图生成,根据坐标转换对灾后建筑的三维模型重建,实现火灾后建筑空间结构虚拟重建系统的设计。为验证系统性能,设计对比实验。实验结果表明,所设计的系统建筑重建时间短,运行速率块,仅为传统系统处理时间的十四分之一,具有一定的应用价值。     

基于Hoek-Brown应变软化模型的深部巷道锚杆受力特征研究

基于量化GSI围岩评级系统及Hoek-Brown应变软化模型,应用FLAC3D数值模拟软件,分析全长粘结锚杆在不同长度及不同本构模型条件下的受力特点,对比分析不同预应力对锚杆轴力及剪力的影响。结果表明:采用理想弹塑性模型与应变软化模型计算得到的锚杆轴力及剪力相差较大;通过现场实际应用可知,应变软化模型能够较为真实地反应围岩的屈服破坏过程,在支护结构设计中,建议采用应变软化模型进行计算,可得到较为精确的计算结果。     

基于AutoCAD及ArcGIS Engine的大坝三维建模研究

在水利水电工程地理信息系统中，大坝的三维模型建模工作量非常大，通过AutoCAD与GIS的开发结合，可以大大地减少工作量、提高工作效率及建模的准确率。主要探讨基于AutoCAD及组件技术的ArcGIS Engine进行水利工程中大坝的三维建模开发，并介绍基于该技术的一些由CAD数据转换成GIS数据的通用开发实例。