多尺度三维地质结构几何模拟与工程应用(岩土工程国家重点学科专著系列)
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品牌: 张发明
基本信息·出版社：科学出版社
·页码：428 页
·出版日期：2007年
·ISBN：7030193695
·条形码：9787030193698
·包装版本：第1版
·装帧：精装
·开本：16
·正文语种：中文
·丛书名：岩土工程国家重点学科专著系列
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内容简介《多尺度三维地质结构几何模拟与工程应用》结合多尺度地质结构面的几何模拟理论，系统阐述了对工程建设有直接影响的工程尺度、统计尺度地质结构的几何模拟方法，着重介绍了多尺度结构几何模拟在工程岩体稳定分析与加固设计中的应用，讨论了基于多尺度地质体几何模拟的工程场地适宜性评价方法，简要介绍了有关地质结构几何建模在工程应用中的程序设计方法，并附有主要工程应用源程序。
《多尺度三维地质结构几何模拟与工程应用》可供水利、水电、地质、矿山、土木、交通、计算机信息技术等领域的科技人员和相关专业高等院校的师生参考，同时可作为地质工程专业研究生三维地质建模课程的教学用书或教学参考书。
编辑推荐《多尺度三维地质结构几何模拟与工程应用》系统介绍了工程尺度与统计尺度计算机建模中的相关内容。《多尺度三维地质结构几何模拟与工程应用》第一章主要介绍了多尺度的涵义与尺度效应，多尺度地质结构三维仿真的背景及多尺度建模与工程应用现状；第二章着重讨论了获取多尺度地质结构面信息的方法，包括区域尺度、工程尺度和统计尺度结构面调查的方法；第三章系统介绍了工程尺度地质结构三维几何模拟的理论与方法，包括地形面、地层层面、褶皱构造与断裂构造的建模原理与方法；第四章着重讨论统计尺度结构面的几何模拟原理与方法，包含作者开发的结构面三维网络模拟程序；第五章则介绍了复杂地质体三维几何模拟的理论与算法，包含地质剖面的切取算法与三维地质体可视化开发环境等。
目录
前言
第一章 绪论
1.1 多尺度的含义与尺度效应
1.2 多尺度地质结构三维计算机仿真的背景
1.3 多尺度地质结构建模技术现状
1.3.1 三维地质模型建模技术的研究现状
1.3.2 国外应用程序的开发现状
1.3.3 国内应用程序的开发现状
1.3.4 地质结构三维建模在水利水电工程中的应用现状
1.4 多尺度地质结构三维仿真的应用前景
参考文献
第二章 多尺度地质结构面信息获取方法
2.1 岩体结构的空间特征
2.2 区域尺度地质结构面信息获取方法
2.2.1 地质雷达测量技术
2.2.2 遥感测量技术
2.2.3 反射波法地震映像勘探
2.2.4 高密度电法勘探
2.2.5 磁法勘探
2.3 工程尺度结构面信息获取方法
2.3.1 野外地质露头调查方法
2.3.2 地质构造的调查
2.3.3 近景摄影测量法
2.3.4 工程地质钻探
2.4 统计尺度结构面信息获取方法
2.4.1 结构面调查统计均质区的确定
2.4.2 露头面的选择
2.4.3 结构面的野外测量方法及描述
参考文献
第三章 工程尺度结构面三维几何模拟理论与方法
3.1 概述
3.2 地质结构三维模拟模型
3.2.1 人工神经网络模型
3.2.2 地质体三维模拟方法
3.3 地形面与地质分界面拟合几何建模方法
3.3.1 三角B-B曲面的地形模拟
3.3.2 基于三维散乱数据地形面的构造
3.3.3 特殊地形的模拟
3.4 地层层面的模拟
3.4.1 层状结构面的建模
3.4.2 层面几何模拟的人工神经网络法
3.5 褶皱构造的模拟
3.5.1 褶皱构造建模的基本理论
3.5.2 褶皱构造建模的方法
3.6 单一断层的模拟
3.6.1 断层的空间表示方法
3.6.2 断层建模方法
3.6.3 基于钻孔数据的断层建模过程
参考文献
第四章 统计尺度地质结构面三维几何模拟
4.1 结构面自然特征的定量描述
4.1.1 结构面规模
4.1.2 结构面产状
4.1.3 结构面间距
4.1.4 结构面延展性
4.1.5 结构面粗糙度
4.1.6 结构面组数
4.1.7 结构面张开度和填充物
4.1.8 岩石块体大小
4.2 结构面发育规律的统计研究
4.2.1 结构面系统的特点
4.2.2 结构面分布的统计规律性
4.3 结构面实测数据的统计方法
4.3.1 结构面分组
4.3.2 结构面几何参数的统计
4.4 结构面几何参数误差的分类及来源
4.4.1 采样误差
4.4.2 统计误差
4.4.3 测量误差
4.4.4 结构面产状测量误差的纠正
4.4.5 结构面迹长的测量误差
4.4.6 结构面密度的取样误差及修正
4.5 裂隙岩体三维结构面网络模拟方法
4.5.1 结构面几何参数的概率分布统计特征
4.5.2 Monte－Carlo随机模拟方法
4.5.3 结构面几何参数的模拟理论
4.5.4 结构面密度的确定
4.5.5 结构面位置的确定
4.6 结构面三维网络模拟的计算机实现
4.7 结构面三维网络图像的可视化方法
4.7.1 结构面三维网络模拟可视化方法
4.7.2 3DNET程序简介
参考文献
第五章 复杂地质体三维几何模拟理论与算法
5.1 复杂地质体三维模拟的基本思路
5.2 断裂型地质体的三维建模技术
5.2.1 断层网络建模技术
5.2.2 断裂岩体的实体建模技术
5.2.3 长大结构面的模拟
5.3 褶皱型地质体的三维建模技术
5.3.1 常见的褶皱模型
5.3.2 褶皱实体建模技术
5.4 曲面与曲面求交算法
5.5 平面与曲面相交的算法
5.6 地质剖面切取算法
5.6.1 一般性剖面的切取算法
5.6.2 特殊剖面切取
5.6.3 统计尺度结构面在剖面上的求解
5.7 三维地质体可视化的开发环境简介
5.7.1 OpenGL的基本功能
5.7.2 OpenGL的开发环境
5.7.3 IDL简介
5.8 复杂地质体三维可视化实现过程
5.8.1 基于钻孔数据的三维地质结构建模
5.8.2 建模基本原理
5.8.3 插密
5.8.4 钻孔数据的组织与管理
5.8.5 地质体模型的各种交互显示
5.8.6 地质体模型管理器
5.9 三维地质结构模拟可视化软件3DGEOLOGY简介
5.9.1 数据库建立过程
5.9.2 钻孔数据输入
5.9.3 程序部分原代码
参考文献
第六章 基于三维地质结构模拟的岩体质量评价
6.1 基于地质体三维模拟的RQD确定
6.1.1 RQD的概念
6.1.2 从地质体三维模拟图上测量RQD
6.2 岩体质量评价方法与标准
6.2.1 岩体质量分级方法的现状
6.2.2 岩体质量评价标准
6.3 基于三维地质结构图像的岩体质量综合评价
6.3.1 利用三维地质结构图像确定部分岩体质量评价因子的方法
6.3.2 坝基岩体的工程质量预测
6.3.3 工程岩体质量评价及分级程序ROCKCLASS编制
6.3.4 边坡岩体工程地质分类
6.4 三维地质结构模拟在坝基抗滑稳定分析中的应用
6.4.1 坝基滑动破坏的类型
6.4.2 坝基岩体抗滑稳定性评价的基本步骤
6.4.3 坝基抗滑稳定分析
6.4.4 工程实例——宜兴抽水蓄能电站上水库坝基抗滑稳定分析
6.5 基于结构面多尺度三维网络的岩体工程地质分类实例
6.5.1 围岩分类的基本依据和分类方法
6.5.2 围岩分类工程实例
……
第七章 基于统计尺度结构面模拟的岩体强度确定
7.1 裂隙连通率的定义
7.2 基于岩体结构仿真图像的三维裂隙连通率确定方法
7.3 基于模拟退火算法的三维连通率计算
7.4 裂隙岩体综合抗剪强度取值方法
7.5 工程应用实例
参考文献
第八章 基于地质结构模拟的边坡多尺度稳定分析
8.1 岩石高边坡多尺度稳定性评价方法
8.2 工程尺度边坡结构体稳定分析
8.3 基于三维地质结构模拟的随机楔体搜索方法
8.4 随机楔体的稳定分析
8.5 基于裂隙网络模拟的岩石高边坡潜在滑裂面的确定
8.6 小湾电站地下厂房进水口高边坡随机楔体稳定分析
8.7 天荒坪“3.2 9滑坡”三维地质结构模拟与滑动面搜索实例
参考文献
第九章 基于地质结构模拟的围岩块体稳定分析
9.1 概述
9.2 地下工程岩体结构的工程尺度三维几何模拟
9.3 基于工程尺度结构面控稳的围岩稳定块体分析
9.4 基于统计尺度结构面模拟的随机块体稳定性评价
9.5 多尺度地下工程围岩稳定分析可视化程序3DBlock
9.6 西龙池抽水蓄能电站地下厂房围岩块体稳定分析实例
参考文献
第十章 锚固效应及基于地质结构模拟的锚固设计
10.1 概述
10.2 预应力锚固效应
10.3 工程尺度结构体预应力锚固优化设计理论
10.4 基于统计尺度结构面模拟的系统锚固设计
10.5 工程尺度块体锚固设计工程实例
10.6 统计尺度块体锚固设计工程实例
参考文献
第十一章 基于岩体结构模拟的裂隙渗流与排水设计
11.1 裂隙岩体渗透张量计算的Snow方法
11.2 基于裂隙张量的渗透能量确定方法——Oda法
11.3 基于裂隙网络的神经追踪法确定裂隙岩体的渗透张量
11.4 基于裂隙网络的最优排水系统设计方法
参考文献
第十二章 基于地质结构模拟的工程场地适宜性评价
12.1 概述
12.2 地质环境评价的数据采集
12.3 地质环境工程适宜性评价方法
12.4 地质环境工程适宜性评价AHP-R软件开发
12.5 长江江苏段岸线地质环境工程适宜性评价实例
参考文献
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序言伴随着我国经济建设的快速发展，大型工程项目与日俱增，人们对地质环境的认知程度不断加强，计算机应用技术在地质工程领域已得到了广泛的推广与应用。众所周知，工程建设离不开地质体，而地质体中的由内外动力地质作用所形成的不同尺度的地质结构面（不连续面）对地质体稳定性的影响一直是地质工程领域研究的核心与重点。由于受目前勘探技术与勘探成本的制约，地质人员还难以准确掌握地质结构面在三维空间中的展布形态。因此，根据有限的钻探、物探或露头信息去跟踪地质结构面的分布，了解不同尺度结构面对工程建设的影响已成为现代地质工程领域的一个新的生长点，这就是计算机仿真技术在地质体三维建模中的应用。自1988年法国Nancy大学的MalletJL教授提出地质目标的计算机辅助设计（GOCAD）以来，大尺度地质建模技术首先在我国的油气田开发和地球物理行业得到发展和推广应用。进入21世纪以来，国内已有不少地质工程学工作者与计算机专家开始涉足水利水电、城市建设中的三维地质建模，可以预计，随着计算机信息技术的发展与顺应工程建设对地质环境的需求，多尺度地质建模必将为工程规划、设计提供重要的地质依据，此乃出版本书之初衷。
本书系统介绍了工程尺度与统计尺度计算机建模中的相关内容。本书第一章主要介绍了多尺度的涵义与尺度效应，多尺度地质结构三维仿真的背景及多尺度建模与工程应用现状；第二章着重讨论了获取多尺度地质结构面信息的方法，包括区域尺度、工程尺度和统计尺度结构面调查的方法；第三章系统介绍了工程尺度地质结构三维几何模拟的理论与方法，包括地形面、地层层面、褶皱构造与断裂构造的建模原理与方法；第四章着重讨论统计尺度结构面的几何模拟原理与方法，包含作者开发的结构面三维网络模拟程序；第五章则介绍了复杂地质体三维几何模拟的理论与算法，包含地质剖面的切取算法与三维地质体可视化开发环境等。
文摘插图：
在地质工程中，一直困扰着地质工程师的问题之一是地质结构的三维可视化。传统的工程地质资料的分析和解释一般局限于二维、静态的表达方式，它只能简单描述固有空间地质结构的起伏与变化，使人们难以直接、完整、准确地理解地下的地质构造情况，不能满足工程设计人员对空间分析的需求，而地质现象的三维复杂多变性更是阻碍地质体可视化的重要因素之一。因此，自20世纪80年代以来，不少学者在地质工程领域开始探索三维计算机建模工作，主要的目的是通过对大量地质信息进行处理、评价，从而预测矿产资源及场地工程地质问题（文成林和周东华，2002）。经过20余年的发展，目前在地质行业已广泛应用计算机仿真技术解决重大的工程地质问题。与传统集多位地质专家经验的评估方法相比，计算机三维建模可以直观地再现场地工程的地质条件，运用其一定的算法，实现评价潜在的工程地质问题，大大提高了地质工作人员的工作效率。
在地质体中，赋存着层面、断层、节理等结构面。工程勘探是获取地下三维空间地质信息的重要方法，但由于时间与经济原因，地质勘探和实验分析得到的是一系列空间分布不均的点式离散数据，工程技术人员不能很方便地了解它们。因此，如何用地质勘探和实验分析得到的一系列空间分布不均的离散数据来描述地质构造的空间展布情况，再把这种空间描述变成计算机所能显示的三维图形，并在此基础上实现人机可视化的交互分析与操作等问题，就构成了当前地质学研究的重要课题。由于地质工作者、工程勘察设计人员、城市规划人员等都迫切需要更加精确地了解地下各地质实体，从而需要创建三维图形，用更接近实际的方式去描述它，从各个不同角度观察它，三维可视化就是实现以上目标的有效手段。三维可视化技术不仅可以直观描述地下复杂的地质构造情况，形象地表达地质构造的形态特征，逼真地显示各构造要素的空间关系，最大限度地增强地质分析的直观性和准确性，而且结合三维模型的空间分析功能，为快速、适时地再现工程地质三维信息及其可视化综合分析开拓了一条有效的途径（王明华和白云，2006）。
