土石混合体三维精细结构生成系统研发及应用研究

土石混合体三维精细结构生成系统研发及应用研究,系 所：岩土工程所 时 间：2014/6/19,汇报内容,研究背景及意义土石混合体三维精细结构建模系统开发块石三维形态扫描及几何形态分析土石混合体细观力学数值试验结论与展望,一、研究背景及意义,土石混合体的研究意义常见的地质灾害体岩土工程的填筑材料,一、研究背景及意义,土石混合体细观结构建模现状二维:数字图像重建(徐文杰，廖秋林),随机生成凸多边形(徐文杰),一、研究背景及意义,土石混合体细观结构建模现状二维:数字图像重建(徐文杰，廖秋林),随机生成凸多边形(徐文杰),数字图像,数字图像重建模型,随机生成模型,一、研究背景及意义,土石混合体细观结构建模现状二维:数字图像重建(徐文杰，廖秋林),随机生成凸多边形(徐文杰)三维:随机生成球体、椭球体、凸多面体(徐文杰，夏薇),CT三维重建(课题组正在开展),一、研究背景及意义,土石混合体细观结构建模现状二维:数字图像重建(徐文杰，廖秋林),随机生成凸多边形(徐文杰)三维:随机生成球体、椭球体、凸多面体(徐文杰，夏薇),CT三维重建(课题组正在开展),CT扫描重建模型,球形块石模型,多面体块石模型,一、研究背景及意义,土石混合体细观结构建模现状二维:数字图像重建(徐文杰，廖秋林),随机生成凸多边形(徐文杰)三维:随机生成球体、椭球体、凸多面体(徐文杰，夏薇),CT三维重建(课题组正在开展)不 足:与实际形态相差很大；CT成本高、不可重复必要性:基于真实块石形态的土石混合体三维精细结构生成系统研发,一、研究背景及意义,土石混合体三维精细结构生成模块,三维块石形态数据库及统计分析模块,论文研究技术路线,汇报内容,研究背景及意义土石混合体三维精细结构建模系统开发块石三维形态扫描及几何形态分析土石混合体细观力学数值试验结论与展望,系统研发-系统构架,二、三维精细结构建模系统开发,关键问题,土石混合体三维精细结构生成模块,模型生成模块-关键问题一：模型形态,正方体模型,圆柱体模型,任意封闭几何体模型,二、三维精细结构建模系统开发,模型生成模块-关键问题二：块石样本,二、三维精细结构建模系统开发,包含,相离,相交,判断外包盒是否相离判断是否有点在块石内部判断是否所有点在块石内部,二、三维精细结构建模系统开发,模型生成模块-关键问题三：接触判断,模型生成模块-生成的模型,正方体模型,圆柱体模型,任意封闭几何体模型,二、三维精细结构建模系统开发,特色：真实块石形态；真实粒度组成；真实试样模型,模型生成模块-可靠性验证,长方体模型块石：786含石量：31.45%,预期-实际含石量对比,二、三维精细结构建模系统开发,二、三维精细结构建模系统开发,汇报内容,研究背景及意义土石混合体三维精细结构建模系统开发块石三维形态扫描及几何形态分析土石混合体细观力学数值试验结论与展望,三、块石三维形态扫描及几何形态分析,Leica C10 三维激光扫描仪,点 云,块石几何模型,三维重建,块石三维扫描与重建方法,唐家山堰塞体块石（滑坡堆积成因）184块,块石三维扫描与重建方法,糯扎渡掺砾料块石（人工破碎）32块,三、块石三维形态扫描及几何形态分析,三、块石三维扫描及统计规律,块石三维形态统计分析,体表比,长细比,球 度,块石的三维几何形态具有良好的自组织性,汇报内容,研究背景及意义土石混合体三维精细结构建模系统开发块石三维形态扫描及几何形态分析土石混合体细观力学数值试验结论与展望,四、土石混合体细观力学数值试验,块石,小球填充：D=T/2,小球填充：D=T/5,小球填充：D=T/10,结论：小球越小，填充效果越好小球越小，数量越多，计算量越大,颗粒填充,堆积试验,直剪试验,四、土石混合体细观力学数值试验,每个块石用小球填充摩擦系数： 块石与块石，0.3 块石与地面，0.3出口距地面50cm,结论：该方法可以较好地实现真实块石的重力堆积过程模拟。,颗粒填充,堆积试验,直剪试验,四、土石混合体细观力学数值试验,上下两个半盒尺寸：60cm*60cm*60cm竖直向：加载法向应力水平向：上下半盒运动方向相反，对土体进行直剪,颗粒填充,堆积试验,直剪试验,试验方法,块石粒度含石量曲线,数值试验细观力学参数表,颗粒填充,堆积试验,直剪试验,细观参数,四、土石混合体细观力学数值试验,掺砾料断面图,混合料(土体),掺砾料（土石混合体）,颗粒填充,堆积试验,直剪试验,结果分析,四、土石混合体细观力学数值试验,说明：空心点为现场试验，虚线为数值试验,四、土石混合体细观力学数值试验,结果分析,颗粒填充,堆积试验,直剪试验,混合料(土体),掺砾料（SRM）,汇报内容,研究背景及意义土石混合体三维精细结构建模系统开发块石三维形态扫描及几何形态分析土石混合体细观力学数值试验结论与展望,基于真实块石的土石混合体精细结构模型生成系统累积开发代码共7000余行特色：真实块石形态；真实粒度组成；真实试样模型块石三维形态扫描及几何形态分析两种成因、共216个块石三维形态扫描发现：不同成因的块石几何形态具有明显的统计自组织性土石混合体细观力学数值试验建立了土石混合体细观结构DEM模型应用：开展了土石混合体细观力学及变形破裂机理研究,五、结论与展望-结 论,五、结论与展望-展 望,可用于堆石混凝土、堆石料、山区河床结构等方面的研究自密实混凝土流动机理和孔隙堵塞机理物理力学特性优化块石投放方法和块石接触判断算法丰富系统功能、块石数据库结合3D打印技术，打印细观结构模型，用于骨架型岩土材料实验。,论文取得成