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代写地质测绘与测量博士论文:《解决FLAC3D中地质建模难的问题》
日期：作者：无忧论文网编辑：apple点击次数：83销售价格：免费论文论文编号：lw075717论文字数：4585&论文属性：职称论文论文地区：深圳论文语种：中文&
:《解决FLAC3D中地质建模难的问题》
Pick to: in view of the complex landform and geological structure conditions numerical simulation modeling problems, based on the FLAC3D platform are presented from the local to the whole modeling idea, uses the Brick unit and Tetrahedron unit is programmed to generate complex landform condition of three-dimensional geological model. Using the trend surface analysis method for fitting out the layered continuous geological body, which is defined as different" swarm", established a multilayer 3D geological structure model. Using interface interface to simulate the fault plane, and with the trend of combination, constructs the fault footwall strata in the. Think through mathematical analysis and computer programming, can be achieved directly in the FLAC3D complex landform and geological conditions of the geologic body modeling.摘　要:针对复杂地貌和地质构造条件下数值模拟的建模问题,基于FLAC3D平台提出了从局部到整体的建模思想,采用Brick单元和Tetrahedron单元通过编程生成复杂地貌条件下的三维地质体模型。利用趋势面分析法拟合出层状连续地质体,将其定义为不同的“群”,建立了多层状三维地质体结构模型。采用interface界面模拟出了断层面,并与趋势面相结合,构建了断层上下盘中的地层。认为通过数学分析结合计算机编程,可以实现直接在FLAC3D中进行复杂地貌和地质构造条件下的地质体建模。
关键词:数值模拟;建模; FLAC3D;趋势面分析;复杂地貌
自然界中地质体几何形态是及其复杂的,描述地质体形态的传统方法是采用平面图、切面图、等高线图、剖面图等多种图件相结合。随着计算机技术的进步,三维地质体可视化的技术得到了很大的发展[1~6],与此同时,数值模拟方法在采矿工程和地质工程等领域也得到了广泛应用[7~8]。由于数据结构的差异,地质体三维可视化的网格与用于数值模拟计算的网格之间存在本质差异,而在大多数数值模拟分析中,模型建立、空间单元划分等前处理工作繁琐、甚至难于进行,妨碍了数值模拟技术的应用,若简化地质模型则又会影响模拟效果,因此有研究者采用数据转换的方法在“可视”与“可算”之间建立桥梁[9~10]。数值模拟的理论方法包括有限单元法、离散单元法、边界单元法、快速拉格朗日分析等及其相互耦合[7],其中快速拉格朗日分析(FLAC)可以较准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化乃至大变形,是岩土工程领域的通用软件[10],但FLAC3D不能直接进行图形处理,其建模难度更大,有研究者利用其他有限元程序(ANSYS)中进行复杂地质体建模,通过接口程序转换为FLAC3D软件平台中的模型[11],这需要熟悉ANSYS的文件结构,且难以甄别和控制程序执行中产生的差错。无论从可视化三维地质体数据库中转换,还是在不同的数值模拟软件之间转换,都会增加三维地质建模的工作量,同时对使用者提出更多的技术要求和操作技巧。针对FLAC3D建模难度大的问题,特别是存在复杂地貌和地质构造的条件下,笔者提出通过数据点采集、趋势面拟合和计算机编程,直接在FLAC3D中建立复杂地形地质条件的三维地质体模型,较好地解决了FLAC3D中地质建模难的问题。
1.地形地质条件概述本文以山西307国道复线阳泉市天子庙隧道地段作为模拟对象,说明基于FLAC3D软件平台建立三维地质体模型的方法和过程。天子庙隧道为一条双线并行隧道,左线长888.10m,右线长819.05m,地形较复杂,地表高差较大,在研究区范围内为900~1054m (图1)。研究区场地下部开采过4层煤(3#、8#、12#煤和15#煤),累计煤层厚度最大达11m。研究区地表露头为上石盒子组(P2s)下段~下石盒子组(P1x),主要为红褐色砂泥岩及灰白色砂岩,黄色或黄绿色泥岩及砂岩等。160~180m勘探深度范围内的地层为山西组(P1s) ~组(C3t)的煤系地层。研究区范围内地层总体上较平缓,以NW走向为主,倾向SW,局部有一定的变化,倾角5~10°。节理裂隙发育,倾向以SE和SW向为主,一般倾角较大。研究区内的岩石组合在力学强度上具有层状分布的特征,故根据研究区的岩石组合特征,将其按工程地质特性划分为砂岩岩组、泥岩岩组、灰岩岩组、砂泥岩互层岩组和破碎岩组(采空区堆积岩体)等5个岩组类型。
2.复杂地貌的三维建模2.1地形数据采集与处理采空区场地的研究范围,其中NW―SE方向包含隧道的图框为模拟的地质体范围。为了建立模拟对象的三维立体几何模型,首先需要采集地表的高程数据,通过手工统计写入文本文件以便于编程调用,模拟范围长×宽=800×300m,以20m间距划分为16行、41列,共656个地表高程数据点,其立体示意图如图2 (a)所示。为了使模拟的地形更符合实际,将20m间距的数据进行样条插值、加密处理,可以得到更加细致的、10m间距三维地形模型,数据加密可以通过编程实现。2.2FLAC3D空间单元生成数值模拟建模首先要将模拟对象的几何体划分为若干微小单元体。FLAC3D采用的标准单元体主要有六面体块体(Brick)、楔形体(Wedge)、角锥体(Pyramid)、四面体(Tetrahedron)、圆柱体(Cylinder)等多种单元体,以适应不同模拟对象的需要[12]。对于不规则的地质体而言,综合考虑单元划分的有效性和可操作性,采用六面体和四面体比较适宜,前者划分简便,文件容量小,但模型不够精细;后者划分繁琐,文件容量大,模型精细程度高。FLAC3D中一般地网格划分方法是先定义单元体类型和x,y,z各方向的分割数,再定义各个节点的坐标,即可生成一个网格化的整体模型。这种方法对于形状规则的几何体是可行的,比如机械零部件、工程
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第 35 卷增刊 2
2014 年 10 月
Rock and Soil Mechanics
文章编号：
10－3000 －07
基于FLAC3D 模拟的大规模采空区破坏概率研究
，唐绍辉 ，焦文宇 ，刘
中国科学院南海海洋研究所，广州
510301 ；2.
长沙矿山研究有限责任公司
金属矿山安全技术国家重点实验室，
410012 ；3.
中国科学院大学，北京
要：采空区稳定性的问题由来已久，但目前对采空区的整体稳定性评价结论几乎仍停留在定性层面上，特别是对于条件
复杂的大规模地下矿山采空区，若能将其量化则在很大程度上将会对矿山安全提供一定的保障。针对大规模采空区稳定性的
难题，在数值模拟的基础上引入采空区破坏概率的概念试图解决这一问题。在 FLAC3D 后处理的过程中，结合统计学中概率
的基本原理，利用 Excel 的风险分析插件@Risk 对 FLAC3D
网格单元的计算结果进行统计分析，并以 95% 的置信区间为准，
从主应力、剪切破坏判据 F 以及弹性应变能等方面深入研究分析采空区的破坏概率，进而将采空区稳定性问题得以量化，
同时得出了大量岩石网格单元主应力和弹性应变能分布服从韦布尔分布 Weibull 和对数正态分布 lognorm
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