3D技术在岩土工程中的应用
浅谈岩土工程勘察数据的三维可视化
浅谈岩土工程勘察数据的三维可视化摘要：本文以岩土工程勘察数据的三维可视化技术为研究对象，针对相关问题展开了讨论。
文章首先阐述了岩土工程勘察中的三维可视化技术的概念，然后在分析岩土工程勘察中的三维可视化应用意义的基础之上，对三维岩土工程信息系统的相关问题进行了阐述。
希望本文的研究能够为岩土工程勘察的实践工作提供一些借鉴和参考。
关键词：岩土工程；勘察数据；三维可视化Geotechnical engineering investigation data visualizationZhang DaojinAbstract: Based on the geotechnical engineering survey and data visualization technology as the research object, in view of the related question discussion. This article first elaborated the geotechnical engineering investigation of three-dimensional visualization technology concept, then in the analysis of geotechnical engineering investigation of the three-dimensional visualization application significance foundation, three-dimensional geotechnical engineering information system related problems discussed. This study can hope for the investigation of geotechnical engineering practice to provide some reference and reference.Keywords: geotechnical engineering; survey data; three-dimensional visualization一、岩土工程勘察中的三维可视化技术可视化是指在人脑中形成对某物或者某人的图像，是一个心智处理过程，促进对事物的观察力及建立概念等。
基于三维地质模型的岩土工程设计与可视分析
基于三维地质模型的岩土工程设计与可视分析
岩土工程设计与可视分析在地质模型的基础上进行，可以更加直观地展示地质条件，并且有助于设计人员在工程设计过程中进行合理的决策和优化设计。
三维地质模型是基于地质勘探数据构建的具有时空信息的地质模拟模型。
通过对地质数据的处理和分析，可以获得地质模型中的地层分布、地质构造和地下水分布等信息，为岩土工程设计提供依据。
在岩土工程设计中，地质条件是决定工程可行性的重要因素之一。
传统的地质勘探方法通常只能提供有限的样点和剖面数据，难以全面准确地了解地下情况。
而基于三维地质模型的岩土工程设计可以通过对地质模型进行可视分析，实现对地质条件的全面了解。
在岩土工程设计过程中，可以通过三维地质模型对地层分布进行展示。
地层分布直接影响到土质的特性以及工程的承载能力。
通过可视化展示地层分布，可以直观地了解地层的厚度、分布范围和土质性质，为后续的岩土工程设计提供依据。
基于三维地质模型的岩土工程设计可以展示地质构造信息。
地质构造是地表和地下地质结构的总称，包括断裂带、折曲区和岩体的接触关系等。
地质构造对工程的稳定性和地质灾害的发生具有重要影响。
通过地质模型的可视分析，可以直观地展示地质构造的分布和特征，为岩土工程的设计提供基础。
基于三维地质模型的可视分析还可以展示地下水分布和地下水流动情况。
地下水是岩土工程设计中需要考虑的重要因素之一。
通过地质模型的可视分析，可以直观地了解地下水的分布情况、水位高度以及地下水流动的趋势，为岩土工程设计提供可靠的水文地质条件。
浅谈flac^3d在岩土工程中的应用
收稿日期=2019-11 -04 作者简介：常海锋（1995 -），男，安徽六安人，硕士，主要研究方向：岩 土工程。
在岩土工程中，研究对象大部分位于地下，岩石内部不 便于观察与测量，因而存在着许多的不确定的因素，为研究 工作带来了困难，而FLAC30通过建立模型对岩体结构进行 模拟来形象直观地显现出岩层的物理变化，通过转化岩体结 构变化的表现形式，以此来方便人们掌握岩体的活动规律， 能够较好地解决复杂的岩土工程问题。
6 g坊
Sichuan Building Materials
第46卷第5期 2020年5月
边界的水平速度进行约束。将模型中所有节点的y方向速 度都进行约束，相当于平面应变约束。
3.2施工过程模拟
施工过程模拟之前,初始应力计算产生的节点位移和速 度先清零。在本例中路基高度为5 m,高度方向可以划分为 5个单元，采用分级加载的方法激活路基单元来模拟路基填 筑的施工过程，每次激活高度为1 m的单元，相当于每次土 的填筑高度为1 m,共分5次填筑，每次填完土之后进行一次 求解。
第46卷第5期 2020年5月
6 g坊
Sichuan Building Materials
Vol.46,No. 5 May, 2020
浅谈flac3D在岩土工程中的应用
常海锋
（安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南232001）
摘 要:FLAC30作为一种基于有限差分法的数值分析软件， 在岩土工程中得到了广泛的应用，本文主要介绍了 FLAC30
岩土工程计算软件FLAC3D基本原理与在工程上的应用
岩土工程计算软件FLAC3D基本原理与在工程上的应用摘要：本文介绍了岩土工程计算软件FLAC3D背景、理论依据和软件优缺点，详细讲解FLAC3D软件的理论模型计算分析的一般步骤以及方法技巧，说明了FLAC3D计算软件可广泛用于广泛岩土工程领域。
关键词：岩土工程，计算软件，基本原理，应用一、FLAC软件背景介绍FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）由Itasca公司开发的。
目前，有二、三维两个版本，二维V3.0以前的为DOS版本，V2.5版本仅能够使用计算机的基本内存64K），所以，程序求解的最大结点数仅限于2000个以内。
1995年，FLAC2D升为V3.3版本，程序能够使用护展内存。
FLAC-3D(Three Dimensional Fast Lagrangian Analysis of Continua)也Itasca Consulting Goup lnc开发的三维快速拉格朗日分析程序，该程序能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破坏或塑性流动的力学行为，特别适用于分析渐进破坏和失稳以及模拟大变形。
它包含10种弹塑性材料本构模型，有静力、动力、蠕变、渗流、温度五种计算模式，各种模式间可以互相藕合，可以模拟多种结构形式，如岩体、土体或其他材料实体，梁、锚元、桩、壳以及人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩、界面单元等，可以模拟复杂的岩土工程或力学问题。
FLAC3D的输入和一般的数值分析程序不同，它可以用交互的方式，从键盘输入各种命令，也可以写成命令（集）文件，类似于批处理，由文件来驱动。
二、FLAC3D计算软件的理论依据FLAC3D是FLAC2D的扩展，能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。
单元材料可采用线性或非线性本构模型，在外力作用下，当材料发生屈服流动后，网格能够相应发生变形和移动（大变形模式）。
三维岩土工程
剖面地质体推进
说明：上图都是地质体的结构模型，即矢量模型，非属性场模型，颜色不同代表地层岩性不同，每个地质体内部是空的。
除了地质体之外，岩土工程中存在大量工程对象模型，比如地下建筑、桩基、土钉墙等等，据我的了解Flac3d等软件是通过用户写参数构造这些对象，对于简单形状的没问题可以计算模拟，但是复杂情况人就无能为力了。
我们想做的就是解决这类问题，通过已有的平面设计图等数据构建工程对象，通过与已经构建的地质体求交，类似上图中的开挖，从而得到更加逼真的三维模型；然后输出成Flac3d 或者ansys支持的数据格式，用户就可以用这些专业模块进行数值分析了。
但是由于本人不是岩土工程专业出身，所以想咨询诸位“专家”，希望大家多给点有关的意见、建议、国内外现状等所有信息。
注：文档中所有图片由于还未公开出版或者发表，出于对合作单位的尊重，版权所有，任何人只能为自己所用，不得传播。
谢谢！！。
三维地质建模技术及在工程中的应用
三维地质建模技术及在工程中的应用三维地质模型是计算机在工程地质应用中的一个前沿课题，它是将工程地质的分析由平面延伸到立体，由二维发展到三维空间的一个飞跃。
三维地质建模软件开发的基础思路是：充分利用工程地质勘察的基本资料，构建所研究地质对象（如：地层、断裂、滑坡）的空间形态和相互关系的实体模型，并利用三维可视化技术和虚拟现实技术将实体模型显示在三维场景中，从而实现地质对象的三维显示，为分析问题提供直观的技术手段。
三维地质模型包括地表地形和地下地层、软弱夹层、断层及裂隙等地质面。
它们的空间形态，由于数据源类型和数据精度各不相同，不能用单一的数学模型表达，需根据实际情况区别对待，为此建模软件提供了多种方法，满足建模的需要。
软件开发的平台为美国RSI 公司可视化开发语言IDL。
IDL立足于交互式分析，实现目标的操作可视化。
它以面向对象的编程方法，提供强大的三维可视支持，以及与多种商业数据库联接的公用接口ODBC接口。
在IDL上开发三维地质建模软件可以避免大量的底层开发，将编程的重点放在地质对象的构建，不失为一种好的选择。
我们正是基于这样的思路开发三维地质可视化软件（3D-GVS），该软件具有建立模型、三维动态显示、对象属性编辑及切剖面等功能。
软件已在多个工程中应用，先后建立了水电站坝址、工程地段的三维地质模型，给工程地质分析和CAD成图带来极大的方便，提高了工作效率和水平。
三维地质建模软件的主要功能１软件界面软件主菜单包括文件、数据管理、对象编辑、建模方法、对象显示控制、模型处理、特技显示、切剖面及系统设置等，窗口栏左右分为三维窗口和二维窗口，分别用于三维模型和二维剖面图的显示。
２文件操作文件菜单中包括用于模型操作的打开、添加、保存模型菜单；将模型存为ＶＲＭＬ格式文件，将当前模型视图保存为图像文件，将切割的剖面图输出为ＤＸＦ格式文件。
３数据管理数据管理菜单提供了联接数据库、读取数据、编辑数据，输入建模边界等功能。
3D打印技术在地质勘探中的应用
3D打印技术在地质勘探中的应用近年来，随着科技的不断发展，3D打印技术在各个领域中得到了广泛的应用。
其中，地质勘探领域也开始逐渐采用3D打印技术，以提高勘探效率和准确性。
本文将探讨3D打印技术在地质勘探中的应用，并分析其优势和潜在的挑战。
首先，3D打印技术在地质勘探中的最主要应用体现在样品制备方面。
地质勘探过程中需要采集地下样品，并对其进行分析以获得有关地质结构和资源储量的信息。
传统的样品制备方法往往非常耗时且精度有限，而借助3D打印技术，可以快速制作出具有精确结构和形状的样品，从而提高样品的制备效率和准确性。
通过3D打印技术，地质工作者可以根据勘探需求，精确控制样品的尺寸、形状和内部结构，进而准确分析地下地质构造。
其次，3D打印技术也被应用于地质模型的制作。
在地质勘探中，了解地下地质构造对于判断矿产资源分布和潜在地质灾害等至关重要。
传统的地质模型多为手工制作，耗时且无法精确还原地下地质情况。
而借助3D打印技术，可以根据地质数据进行三维模型的生成，再通过3D打印设备将其打印成实体模型，使地质工作者能够更加直观地了解地质构造，并进行更加合理的勘探规划和预测。
另外，3D打印技术在地质勘探中还有一个重要应用就是替代传统的地质样品展示方式。
传统地质样品多为实体样本，损耗严重且无法直观展示地下地质结构。
而借助3D扫描技术与3D打印技术相结合，可以将地质样品进行全息数字化处理，然后通过3D打印设备打印成三维实体模型。
这种方式可以保护原样品不被破坏，同时使地下地质结构更加直观地展示给决策者和公众，有助于宣传和教育。
然而，尽管3D打印技术在地质勘探领域中有着广阔的应用前景和诸多优势，但也面临着一些挑战。
首先，3D打印设备和材料的成本较高，对于一些资金有限的地质勘探项目来说可能存在一定的经济压力。
其次，3D打印技术的使用需要相关专业知识和技能，需要培训地质工作者具备相应的技术能力。
此外，3D打印技术的市场发展还不够成熟，缺乏标准规范和统一的应用实践。
3D激光扫描技术在土木工程中的应用研究
3D激光扫描技术在土木工程中的应用研究摘要：3D激光扫描技术突破了传统测量方法的局限性，在土木工程领域开始得到应用。
基于其应用技术及原理，提出了包括测量重构、质量检测、变形监测等在内的重点应用方向，并阐述了各应用方向的关键技术和难点。
结合前期研究成果和国内外成功应用的案例分析，给出了3D激光扫描技术具体可行的应用内容，并对该技术在建设工程中的应用发展提出了展望，以为该技术的工程应用提供指导。
关键词：BIM 逆向建模异形建筑 3D激光扫描可视化1 引言近几年来随着建筑结构复杂程度增加，传统全站仪测量检测方式已不能够满足施工要求，而三维激光扫描与BIM模型相结合的新技术在建筑模型重构、质量检测中应用越来越广泛。
许多学者对三维激光扫描与 BIM相结合的研究大致可分为BIM模型重构、碰撞检测以及对比分析。
首先是基于三维激光点云数据的模型重构，运用三维激光扫描仪，采用测站、公共点以及标靶的方法获取点云数据，采用Cyclone、Revit、Geomagic Studio等软件实现BIM模型重构[1-3]。
其次是碰撞检测，运用三维激光扫描技术获取点云数据，结合原始BIM模型做BIM与BIM模型碰撞或BIM与点云数据碰撞，广泛应用于建筑施工以及文物保护中。
最后是对比分析，运用Revit、Geomagic Control、Cyclone、PCL等软件实现点云数据与点云数据、点云数据与BIM模型、BIM与 BIM模型之间的匹配以及对比，分析施工以及生产过程中存在的问题。
虽然对于三维激光扫描技术与BIM技术相结合的施工结果检测研究已有许多，但仍然存在许多不足。
本文研究结合徕卡MS60全站扫描仪以及 Infinity、Cyclone、3Dmax、AutoCAD、ArcGIS等软件实现点云数据采集与拼接、模型构建与配准、数据处理以及异常部位提取和可视化显示，有效发现异形建筑楼2 概述东西湖体育中心项目主要包括1座3万座的体育场、1座8千座的体育馆、1座1000座游泳馆、1个配套的户外体育公园、若干配套商业地上建筑、地上停车场及地下停车场，总建筑面积158123.4m2，占地面积共计214038.5m2。
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3Ｄ技术在岩土工程中的应用
[摘要]由于三维可视化技术是将空间数据信息转换成三维图形，对大量数据处理具有高效性和直观性，该技术在岩土工程领域中已经得到了广泛的应用。
主要介绍可视化技术在岩体的三维建模、三维数值模拟分析及岩体结构的三维网络模拟研究中应用。
从而证明了可视化技术在岩土工程中的应用研究中具有十分重要的意义。
[关键词]岩体三维可视化建模数值模拟岩体结构
近年来，随着可视化技术的迅速发展，可视化技术在岩土工程领域中已经得到了广泛的应用。
所谓可视化就是对人脑印象构造过程的一种仿真，以支持用户的判断和理解。
具体地说，它将科学计算过程中及计算结果所产生的数据转换成图形或图像信息，并可进行交互式分析。
可视化技术成为信息爆炸时代人类分析和驾驭信息的有力工具。
三维可视化技术是当前计算机科学研究中的热点之一，需要研究合理的空间算法，实现在三维空间中真实地再现现实世界，并为用户提供方便、快捷、直观的显示手段。
目前，可视化技术在岩土工程中的应用主要有以下几个方面：①岩体的三维建模系统，②岩体的三维数值模拟分析，③岩体结构的三维可视化研究。
通过三维可视化图形显示结构面，使地质工程师直观地看到岩体结构面空间的几何形态、相互关系和分布，准确地进行科学分析，对地质问题作出合理与科学的结论和决策。
一、岩土工程中三维可视化的研究内容
科学可视化技术实际上是将科学计算过程中及计算结果所产生的数据转换成图形或图像信息，并可进行交互式分析。
计算机在图形设备上生成真实感三维图形必须完成4个基本任务: a.用数学方法建立所需三维场景的几何描述，并将它们输入计算机。
b.将三维几何描述转换为二线透视图，这可通过对场景的透视变换来完成。
c.确定场景中的所有可见面，这需要使用隐藏面消除算法将视域之外或被其他物体遮挡的不可见面消去。
d.计算场景中可见面的颜色，严格地说，就是根据基于光学物理的光照明模型计算可见面投射到观察者眼中的光亮度大小和色彩组成，并将它转换成适合图形设备的颜色值，从而确定投影画面上每一像素的颜色。
接着通过明暗处理模型确定画面上每一个面的颜色，最终生成图形。
对于三维动态可视化还需要增加一个处理步骤，即三维动画的生成。
（一）岩体的三维建模系统
岩土工程处理的对象性质复杂，需要研究适用的三维数据结构和有效的建模技术，既能充分反映地层的特点，又便于数据的管理和操作，这是实现系统高效显示和分析的基础。
在三维可视化建模系统研究中，数据模型和数据结构是一关键问题。
以前的
大部分三维空间数据模型研究是基于CAD模型，三维空间数据模型是关于三维空间数据组织的概念和方法，它反映了现实世界中空间实体及实体间的相互联系。
面向的空间数据模型作为一种具有特定性质的数据模型，其主要研究内容由数据结构、数据操作和完整性约束条件三要素所组成。
岩土工程所处理的对象包括空间和非空间实体两大类，非空间实体可以用传统的数据库管理系统来处理：空间实体可视化研究，建立三维岩体模型，以便更直观地研究和分析岩体的形态及其变化规律。
在建立岩体三维模型时，首先创建了钻孔的空间位置，也就提供了建立岩体三维可视化模型的基础。
然后从剖面着手，根据前人已有的资料，利用岩体在勘探线剖面的投影形状，构建其空间的大致赋存形态。
最后形成矿体的三维空间模型。
综上所述，岩土工程的可视化建模系统应具有以下一些功能特征：工程地质数据模块；立体模型的显示与分析模块。
（二）岩体的三维数值模拟分析
在岩土工程中，岩土体都是处于三维受力状态，三个主应力对边坡的稳定性均有重要作用。
同时随着边坡周围的开挖、爆破震动、岩体节理裂隙以及断层等因素的影响，使岩土体的结构和受力状态发生不断的变化。
在岩土工程稳定性研究中，将其作为二维问题来研究，简化条件太多，不能同时考虑三个方向的主应力情况，使得计算的结果不能与现场情况吻合。
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（三）岩体结构的三维可视化研究
岩体构造决定岩体的力学性质，工程中以岩体构造作为分析岩体的基本依据，故岩体构造的生成是很重要的环节。
岩体裂隙客观上是以三维状态存在的，过去为简化计算常常用二维网络描述岩体构造，但是由于研究工作的深入，理论计算出二维构造向三维构造发展，岩体的损伤断裂以三维裂隙较为准确。
就岩体三维裂隙网络的模拟与生成来说。
至关重要的一点就是现场岩体裂隙参数的获取和分析。
经常采用的方法是人工测量二维裂隙的信息，如裂隙的迹长，隙宽，裂隙的组数及裂隙组的倾向、倾角。
对裂隙二维产状的资料进行概率统计模态分析，并生成三维网络。
在当今的地质应用技术中，计算机屏幕所显示的图形、图像，是一种描述岩体结构信息的有效手段，通过结构面三维可视化图形显示，可以使地质工程师直观地看到岩体结构面空间的几何形态、相互关系和分布，准确地进行科学分析，从而对地质问题做出合理与科学的结论和决策。
在实际工作中，岩体结构面网络模拟为三维可视化技术在岩体结构研究中主要应用，其模拟的主要过程如下：①模拟的假设条件，②模拟的主要步骤：a.对岩体结构均一区系统统计岩体结构面；b.对结构面观测数据进行合理分组；c.对每组结构面确定其形态参数的分布形式及特征值，建立结构面概率模型；d.对主要结构面确定其位置及形态参数；e.将数据依次输入计算机，确定各组结构面体密度及模拟区内结构面数目；f.对结构面中心点坐标、产状、直径、隙宽随机模拟；g.对模拟结果进行检验，若不符合结构面原概率模型，重新模拟；h.绘制三维网络图。
二、实现方法
随着计算机硬件技术、三维真实感图形学、科学计算可视化等计算机技术的发展，空间数据的图形表达也从二维静态图形显示发展到动态的交互的三维可视化及虚拟现实技术。
三维工具软件也纷纷出现，目前使用较广泛的三维图形语言有OpenGL ，Direct3D ，Java3D ，VRML等，它们可以方便地实现对三维模型的建造，方便地实现各种三维图形的交互操作等。
其中最具代表的为OpenGL ，OpenGL是专业图形处理，科学计算等高端应用领域的标准图形库。
用OpenGL 实现三维可视化时，可以解决透视、消隐、光照等问题，开发者只需解决实体的可视化建模，包括控制点坐标转换、三角格网的建立和法向量的计算等。
利用OpenGL进行三维显示原理: 场景数据首先被转化成点、线、面等图元形式供加工(裁剪等) ；逐个顶点处理完成后，进行光栅化，并贴上表面纹理，生成二维片断。
对每个片断进行必要处理后得到像素，将像素的参数存入相应的缓冲区。
在处理过程中，将判断片断是否被挡住，只有位于视角内的像素才会写进缓冲区。
最后让缓冲区内的像素在窗口中显示出来。
用OpenGL实现实体三维可视化，需要创建场景、上下文设置、初始化、环境设置、视见环境设置、色彩纹理设置、坐标变换、模型合成、显示控制等操作。
因此利用它实现三维建模及其他三维图形显示是目前的首选技术。
三、结束语
岩土工程是一个复杂的系统，岩土工程的可视化需要大量的高新技术和广泛的专业知识，涉及多个学科和技术领域。
由于三维可视化技术对大量数据处理具有高效性和直观性，因此这种技术在岩土工程中的应用研究中具有十分重要的意义，随着对岩土工程领域的深入研究，可视化技术将在该领域中的应用不断地增加。