基于 ArcGIS 与 FLAC3D 的矿山边坡三维可视化与数值模拟耦合研究

FLAC3D软件建立边坡的三维数值模型分析结合FLAC3D软件的优点，以某公路工程的边坡为例，对FLAC3D软件在建立边坡三维数值模型中的应用进行了分析和探讨。

标签：FLAC3D软件边坡三维数值模型0前言对于公路工程而言，边坡的稳定性直接影响着工程施工的顺利进行，影响着整个工程的施工质量，在工程中的作用是十分巨大的。

影响边坡稳定性的因素是多种多样的，运用FLAC3D软件，结合相应的岩土勘察参数，可以建立边坡的三维数值模型，从而方便对边坡的应力场分布规律以及最大不平衡力的收敛情况进行分析，以实现对边坡的加固。

1 FLAC3D软件概述FLAC3D是二维的有限差分程序FLAC2D的护展，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。

FLAC3D采用了显式拉格朗日算法以及混合离散分区技术，可以非常准确地对材料的塑性破坏和流动进行模拟。

由于不需要形成刚度矩阵，可以在较小的内存空间中，求解大氛围的三维问题。

FLAC3D的优点包括以下几个方面：（1）混合离散法的应用，相比于有限元法中常用的离散集成法更加准确，更加合理；（2）采用动态运动方程实现对于静态系统的模拟，在模拟物理上的不稳定过程不存在数值上的障碍；（3）采用了“显式解”方案。

因此，显式解方案对非线性的应力-应变关系的求解所花费的时间，几乎与线性本构关系相同，而隐式求解方案将会花费较长的时间求解非线性问题。

而且，它没有必要存储刚度矩阵，这就意味着；采用中等容量的内存可以求解多单元结构；模拟大变形问题并不比小变形问题多消耗更多的计算时间，因为没有任何刚度矩阵要被修改。

2 FLAC3D软件建立边坡的三维数值模型2.1工程概况某城乡高速通道全长21km，从山林地区穿行，与该地区的一条河流并行，公路整体边坡呈岩质，部分路段为土质边坡。

受公路自身承载力等因素的影响，边坡工程出现了风化、滑坡等病害，严重影响了公路的行车安全，需要引起相关人员的重视和研究。

邮局订阅号：82-946360元/年技术创新软件时空《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注基于CAD 与ANSYS 的FLAC 3D 边坡模拟分析The simulation analysis of slope by FLAC 3D based on CAD and ANSYS(辽宁工程技术大学)田树昆曹兰柱TIAN Shu-kun CAO Lan-zhu摘要:FLAC 3D 自带的FISH 语言虽然可以完成复杂模型的建立,但是需要耗费大量时间,同时采用FISH 语言生成复杂模型比较困难,因此提出了一种快速建模方法,即以AutoCAD 与ANSYS 为基础建立FLAC 3D 模型。

采用AutoCAD 及VBA 二次开发程序进行基础数据预处理,在ANSYS 中完成复杂模型建立、材料属性定义、网格划分,并通过ANSYS_TO_FLAC 3D 接口程序,实现FLAC 3D 复杂模型的快速建立。

通过露天矿边坡三维模型的建立与数值模拟分析,验证了该方法的快速性、有效性及可行性。

该方法是综合应用不同程序的优点解决复杂工程地质问题的典型范例。

关键词:数值分析;接口程序;模型转换中图分类号:TP391.9文献标识码:BAbstract:Although it can complete complex model by FISH which in FLAC 3D ,but need to spend a lot of time.At the same time gen -erate complex models using FISH difficult.Therefore,a rapid modeling method proposed.That is to establish model of FLAC 3D based on AutoCAD and ANSYS.The procedures which secondary development using AutoCAD and VBA be used to basic data pre-process -ing.The model established completed in ANSYS and distributes material property,meshing,thereby achieving the purpose of building the complicated model in FLAC 3D by using the interface program of ANSYS_TO_FLAC 3D .Then three -dimensional models of surface mining established and numerical simulation analysis and the case study shows that the fastness,effectiveness and feasibility,can be realized.The procedure gives an example to build complicated engineering geological model with the advantages of different programs.Key words:numerical analysis;interface program;model transformation文章编号:1008-0570(2010)11-3-0259-021引言FLAC 3D 是由美国Itasca 公司开发的有限差分软件,可以进行岩土和其他材料的三维结构受力分析,通过调整三维网格中的多面体单元来拟合实际结构,单元材料可采用线性或非线性本构模型。

基于FLAC3D的边坡稳定性分析与数值模拟一、简介边坡稳定性分析在工程领域中有着重要的作用。

它涉及到建筑、交通、水利、矿山等各个领域。

对于一个边坡的稳定性分析，既可以通过经验式来求解，也可以使用数值模拟的方法来模拟。

不过经验式的只提供了一种极为近似的方法，它的不精确性会极大影响到工程的稳定性，因此本文将着重讨论与介绍基于FLAC3D的边坡稳定数值模拟。

二、FLAC3D介绍FLAC3D是三维有限差分数值模拟软件，它可以对不同地质结构进行分析，用于工程设计和施工中的不同步骤。

它不同于其他软件在于它的第一原则是保证“力学流变关系与物质本质无关”，也就是说它考虑了岩土材料的物性力学关系，基本上可以表示材料弹性、塑性和损伤行为。

三、FLAC3D边坡稳定性分析建模1.模型建立边坡建模过程中，首先需要进行数据输入。

包括边坡的空间坐标、地层的力学特性、边坡各部分的理论参数以及模拟的初始状态等。

其次，建立边坡的三维模型，并将其导入FLAC3D中，进行有限差分离散化有限元分析。

2.力学特征参数建立模型后，需要输入材料特性参数。

边坡材料类型、岩石力学特性参数、孔隙度等参数必须输入，以及整个模拟的潜在地震活动参数，还需要进行弹性模量、泊松比、拟合合金数量等参数的选取和计算。

3.模拟结果有限差分离散化分析后，在FLAC3D的图形用户界面上显示出边坡的应力、应变、位移、位移梯度、杆升沉和过程时间等参数。

这些参数可以分别被检测和评估，对于模拟结果的评估相当重要。

四、FLAC3D数值模拟的优势与不足1.优势一方面，FLAC3D基于真实岩体力学模型，同时考虑了地震影响对边坡稳定性的影响，模拟结果更加真实可靠。

另一方面，FLAC3D模拟具有可重复、精确、精细的特点，它捕捉到了许多实际难以测量或难以理解的复杂现象。

2.不足FLAC3D模拟过程需要输入大量的实验数据，并且计算量也比较大，所以对计算机的要求较高，模拟过程的时间和稳定性需要保持充分的考虑。

基于GIS的边坡安全信息技术及数值模拟研究边坡是山区和山地开发中常见的地质灾害之一，对人类的生命财产安全造成严重威胁。

为了提高边坡安全管理水平，基于地理信息系统（GIS）的边坡安全信息技术及数值模拟研究就应运而生。

首先，GIS技术为边坡安全信息的收集、处理和分析提供了强大的工具。

通过对边坡周边环境、地质构造、土壤类型、降雨量等多种因素进行空间分析，可以绘制出边坡安全信息的空间分布图。

同时，GIS技术还可以将历史灾害数据与地理空间数据进行叠加分析，识别边坡稳定性的薄弱环节，为边坡安全管理提供科学依据。

其次，数值模拟技术为边坡安全评估提供了可靠的手段。

通过建立边坡的数学模型，结合地质、水文等相关参数，可以模拟边坡在不同条件下的变形和破坏过程。

通过数值模拟，可以预测边坡的稳定性、确定临界降雨量、估计可能引发的灾害范围等，为边坡安全管理提供决策支持。

基于GIS的边坡安全信息技术与数值模拟研究的核心是将两者紧密结合，实现信息的高效获取、处理和分析。

首先，GIS技术可以将不同源头的数据进行集成，形成完整的边坡安全信息数据库。

然后，通过GIS技术的空间分析功能，可以将数值模拟结果与地理空间数据进行叠加，形成直观的边坡安全信息展示。

最后，通过数值模拟技术，可以对边坡安全信息进行验证和修正，不断提高边坡安全管理的准确性和科学性。

基于GIS的边坡安全信息技术及数值模拟研究的应用前景广阔。

在边坡工程设计阶段，可以利用GIS技术进行边坡稳定性分析，优化方案设计。

在边坡安全管理阶段，可以实时监测边坡的变形情况，及时预警并采取应对措施。

在边坡灾害应急救援阶段，可以通过GIS技术和数值模拟技术进行灾害范围预测和灾害风险评估，指导救援工作的展开。

总之，基于GIS的边坡安全信息技术及数值模拟研究对于提高边坡安全管理水平具有重要意义。

通过将GIS技术和数值模拟技术相结合，可以实现边坡安全信息的高效获取、处理和分析，为边坡工程设计、安全管理和灾害救援提供科学依据，促进山区和山地开发的可持续发展。

近年来，各种数值模拟技术在岩土力学中有了很大的发展和广泛的应用。

然而，这些数值分析方法其理论本身以及采用的算法都有各自的局限性。

例如有限元和边界元都有小变形的假设，且需要大量的内存。

近年来发展起来的快速拉格朗日分析( Fast Lagrangian Analysis of ，简称是在较好吸取上述方法的优点和克服Continua FLAC)其缺点基础上形成的一种新型数值分析方法。

FLAC3D是美国公司为地质工程应用而开发Itasca Consulting Group, Inc.的基于拉格朗日差分法的一种三维显式有限差分程序，它不仅适宜于处理大尺度、大变形工程和地质问题，而且可以在初始模型中加入诸如断裂、节理构造等地质因素。

目前，FLAC3D软件已经广泛应用于工程地质、岩土力学以及构造地质学和矿山工程领域。

本文以三峡工程万州库区安乐寺滑坡为例，阐述了FLAC3D在滑坡稳定性流—固耦合分析中的应用。

1 FLAC3D的解析特点和计算流程解析特点1.1无论是静力还是动力问题，三维快速拉格朗日分析都利用动态的运动方程进行求解，这使得三维快速拉格朗日分析很容易模拟动态问题，如振动、失稳、大变形等。

同有限元相比，FLAC3D具有以下几个特点：（）1FLAC3D基本原理类同于离散单元法，但它能像有限元法那样适用于多种材料模式与边界条件的非规则区域的连续问题求解。

（）该程序采用了离散元的动态松弛法，不需要求解2大型联立方程组（刚度矩阵），便于在微机上实现。

（）基于拉格朗日算法，适合模拟大变形，且能模拟3基于FLAC3D的滑坡稳定性数值模拟分析高圣益1，魏学勇2，周晃3（．长江空间信息技术工程有限公司，武汉；．中国地震局地壳应力研究所，北京；1 4300192 100085．重庆市巫山县国土资源局，重庆）3 404700摘要：在介绍FLAC3D基本特点的基础上，利用FLAC3D软件对万州安乐寺滑坡在水库不同蓄水位条件下的滑坡稳定性进行了流—固耦合模拟分析研究。

第53卷第1期2021年1月20工 程建设Engineering Construction基于FLAC 30的边坡开挖稳定性数值模拟孙海军，刘念（河南理工大学资源环境学院，河南焦作454003）摘要:基于城市边坡稳定的重要性，结合实际地层组合的边坡地质条件，本文利用FLAC 3D 数值模拟软件建立模型，对比分析 开挖前后塑性破坏发展趋势、边坡稳定系数变化规律、水平位移和竖向沉降变化情况;结合有限元强度折减法分析某一安全系数下，边坡内的应力场、应变场、塑形区的变化，并基于库伦摩尔判定准则，确定边坡的极限平衡状态和潜在滑移面的位 置;通过布置监测点，检测在某一安全系数下，滑动面不同位置的应力、应变、滑动横竖向位移的变化曲线，并绘制不同位置 上的应力、应变、位移变化曲线;通过数值模拟与理论计算相结合的方法,综合模拟分析该边坡在开挖前后各个位置潜在的 危险程度，为相似边坡工程提供理论参考。

关键词：数值模拟；稳定系数；位移变化；不平衡力；库伦摩尔判定准则中图分类号:TD824. 7 文献标识码：A 文章编号：1673-8993（2021 ）01-0020-05doi ：10. 13402/j. gcjs. 2021. 01. 004Research on numerical simulation of slope excavation stability based on FLAC 3DSUN Haijun, LIU Nian(College of Resources and Environment , Henan University of Technology , Jiaozuo 454003, Henan , China )Abstract : Based on the importance of urban slope stability , combined with the geological conditions of slope relatedto the actual stratum combination , a model is extablished using FLAC" numerical simulation software. Thedevelopment trend of plastic failure before and after excavation , the change law of slope stability coefficient , thechanges of horizontal displacement and vertical settlement are compared and analyzed. Combining with the finiteelement strength reduction method , the changes of the stress field , strain field , and shaping zone in the slope under acertain safety factor are analyzed. Based on the Coulomb Moore criterion , the limit equilibrium state of the slope andthe position of the potential slip surface are determined. Based on arranging monitoring points , the change curve ofstress , strain , and horizontal & vertical sliding displacement at different positions on the sliding surface under a certainsafety factor is detected and drawn. Through the method of combining numerical simulation and theoreticalcalculation , the potential danger degree of each position of the slope before and after excavation is comprehensivelysimulated and analyzed. The research provides theoretical references for similar slope projects.Key words : numerical simulation ； stability coefficient ； displacement change ； unbalanced force ； Coulomb Moore criterion近年来，由路堤边坡塌方引发的公路安 全事故时有发生，给国家和人民的生命财产安全带来巨大损失，故对边坡的稳定性分析及经济合理的支挡防护措施的确定具有重要 意义⑴耳。

基于GIS的矿山三维地质建模方法摘要：目前, 随着GIS技术的成熟和其应用领域的不断扩展, 在能源、地学、地下工程和环境等领域中专业模型的缺陷也日渐突出。

作为数字矿山的一个重要组成部分, 三维地质建模不仅可以快速、适时地再现地质体的三维信息, 直观地描述地下复杂的地质构造情况, 而且对地质分析预测、矿山生产和决策提供了空间数据操作支持以及定性和定量分析的手段。

本文论述GIS的矿山三维地质建模, 分析数字矿山三维地质建模方法。

关键词：GIS；三维地质建模；数字矿山随着现代勘探技术的进步, 矿区信息化水平的提高, 使得矿区三维地质建模与可视化技术成为地学信息研究的热点。

三维地质建模是运用计算机技术, 在三维环境下, 将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来, 并用于地质分析的技术[1] , 它是随着地球空间信息技术的不断发展而发展起来的, 由地质勘探、数学地质、地球物理、矿山测量、矿井地质、GIS、图形图像和科学计算可视化等学科交叉而形成的一门新兴学科。

一、GIS的矿山三维地质建模1、采前地质建模。

对象是受采动影响下的煤矿三维地质建模问题, 其采前地质建模是问题解决的关键。

建模的数据主要来源于钻孔数据、勘测数据以及随开拓而不断揭露的地质和工程数据。

这些数据包含了空间和非空间、二维和三维的信息, 甚至由于误差等原因, 部分信息可能是不准确甚至是错误的,这就需要对收集的数据进行结构化处理和重新解释, 保证所有数据在空间上的拓扑一致性[1] 。

(1) 数据源。

采前地质建模的主要数据源是钻孔数据及相关的勘测数据, 如地质图、断面图以及地表和各水平煤层的顶底板等高线等数据, 结合矿山地质属性和研究问题的目的, 在GIS 平台下建立相应的空间及非空间的数据库。

(2) 数据处理。

地质图和断面图首先要标定坐标系, 然后数字化处理成GIS可描述的点、线或面实体。

该过程既可以从CAD数据转换处理, 也可以从纸介质扫描数字化处理。

FLAC3D数值模拟软件在边坡光伏建设中的应用目录一、内容描述 (2)（一）光伏建设的重要性与边坡光伏建设的特殊性 (3)（二）FLAC3D数值模拟软件概述及其在岩土工程中的应用 (4)二、FLAC3D数值模拟软件在边坡光伏建设中的应用流程 (5)（一）项目前期分析 (6)1. 地形地貌与地质条件分析 (7)2. 边坡稳定性初步评估 (8)（二）建立数学模型 (9)1. 模型建立与参数设置 (10)2. 边界条件与荷载条件设定 (11)（三）数值模拟计算与分析 (12)1. 计算过程及结果输出 (13)2. 结果分析与稳定性评估 (14)（四）方案优化与实施 (15)1. 基于模拟结果的方案优化 (17)2. 施工过程监控与后期维护管理 (18)三、FLAC3D数值模拟软件在边坡光伏建设中的具体应用案例 (19)（一）案例一 (20)1. 项目背景介绍及地形地貌分析 (22)2. 利用FLAC3D进行边坡稳定性模拟与分析结果 (23)3. 方案优化措施及实施效果评估 (24)（二）案例二 (25)一、内容描述FLAC3D数值模拟软件，作为一款功能强大的地质力学建模与工程分析软件，其在边坡光伏建设领域的应用具有显著的优势和重要性。

本文档旨在深入探讨FLAC3D在边坡光伏建设中的具体应用实践。

FLAC3D软件能够全面考虑地质结构、岩土体力学特性以及太阳辐射等关键因素，为边坡光伏项目提供精确、可靠的建设分析。

通过建立精确的数值模型，FLAC3D能够模拟光伏板支架基础、光伏组件以及地面系统的安装过程，以及后续长期运营期间的稳定性。

在光伏建设初期，FLAC3D可以帮助工程师评估边坡的稳定性和适宜性，为光伏电站的选址和设计提供科学依据。

在施工过程中，该软件能够实时监控施工进度和潜在风险，确保施工质量和安全。

FLAC3D还能模拟光伏电站长期运营期间的性能表现，包括光伏组件的发电效率、支架结构的耐久性以及环境因素（如风、雪、温度等）对电站运行的影响。

C omputer automation计算机自动化矿山地质滑坡灾害的三维GIS预测系统设计及实践唐 夺（辽宁省第四地质大队有限责任公司，辽宁　阜新　１２３０００）摘 要：解决传统预测系统在对矿山地质滑坡灾害进行预测时，开展矿山地质滑坡灾害的三维ＧＩＳ预测系统设计及实践研究。

通过矿山地质滑坡数据采集装置选型和无线显示告警终端设备选型，实现对系统的硬件设计，建立矿山地质滑坡灾害三维预测模型。

通过实验进一步证明，本文提出的预测系统与传统预测系统相比有效提高了预测精度。

关键词：矿山地质滑坡灾害；三维；ＧＩＳ；预测系统中图分类号：ＴＤ１７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２１）０５－００１５－２Design and Practice of Three-dimensional GIS Prediction System for Mine Geological Landslide DisastersTANG Duo（Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｎｏ．　４　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｂｒｉｇａｄｅ　Ｃｏ．　，　Ｌｔｄ．，Ｆｕｘｉｎ　１２３０００，Ｃｈｉｎａ）Absrtact: Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｍｉｎｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅ　ｄｉｓａｓｔｅｒ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　３Ｄ　ＧＩＳ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｍｉｎｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅ　ｄｉｓａｓｔｅｒ　ａｒｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ．　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ａｎｄ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｄｉｓｐｌａｙ　ａｌａｒｍ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｄｅｖｉｃｅ，　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　３Ｄ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅ　ｄｉｓａｓｔｅｒ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．　Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｐｒｏｖｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Keywords: ｍｉｎｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅ　ｄｉｓａｓｔｅｒ　；３Ｄ；　ＧＩＳ；　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ综合我国地质勘查相关工作的反馈数据，可知截止目前我国在全世界范围内属于地质灾害发生次数最多的国家。

论文题目：基于ArcGis的煤矿巷道三维可视化与显示专业：地理信息系统本科生：宋军（签名）指导教师：贾建华（签名）摘要本文研究的内容是在Arcgis软件下，主要利用其中的三维分析模块和空间分析模块，实现水平巷道的三维模拟以及斜井与上下山巷道的三维模拟和可视化。

首先分析了巷道的几何网络及拓扑关系并对巷道进行了分类。

其次分析了可视化的原理和在Arcgis下不同要素三维显示的条件。

分析了数据库的优点，加深了对arcgis下 3Danaly和Spatial 分析模块的理解，，阐述了管线数据的层次模型和组织方式以及数据结构。

基于Arcgis的三维可视化与现实要求GIS类与专业3D建模软件，必须充分结合。

【关键词】：三维GIS，MGIS，可视化，数据模型Thesis topic: the coal mine tunnel-based three-dimensional visualization and display based on ArcGisProfessional: Geographic Information SystemName: Song Jun （Signature）Instructor: Jia Jianhua （Signature）AbstractThis article studies the content is under the Arcgis software, the main use three dimensional analysis module and the spatial analysis module, realizes level heading's three dimensional simulation as well as the slant hole and the previous dip entry's three dimensional simulation and the visualization. First has analyzed tunnel's geometry network and the analysis situs relations and has carried on the classification to the tunnel. Next has analyzed the visualization principle and under Arcgis the different essential factor three-dimensional display condition. Has analyzed the database merit, deepened to arcgis under 3Danaly and the Spatial analysis module understanding, elaborated the pipeline data level model and the organization way as well as the construction of data. Request the GIS kind based on the Arcgis three dimensional visualization and the reality with the specialized 3D modelling software, must unify fully.KEY WORDS:3dgis，mgis，visualization,modeling目录第一章绪论 (1)1.1 问题的提出 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1 Mgis研究现状 (2)1.2.2三维GIS的研究现状 (2)1.3可视化研究现状 (4)1.4三维GIS研究主要内容 (7)1.5 三维GIS软件概述 (7)1.6 三维GIS软件的应用 (8)1.7 本文研究内容 (9)第2章矿井巷道三维数据模型建立及数据结构 (10)2.1 GIS数据模型的概述 (10)2.2 面向煤矿应用的三维GIS数据模型 (11)2.3选择三维数据模型的原则 (12)2.4巷道的几何网络及建模 (13)2.4.1巷道网络系统的基本元素 (13)2.4.2维巷道数据结构 (18)第3章巷道的三维可视化 (21)3.1可视化的原理 (21)3.2 三维可视化处理过程 (21)3.3 三维图形生成原理 (22)第4章设计思路与实现 (23)4.1 数据的来源 (23)4.2 设计思想与研究方法： (23)4.2.1 不同文件的三维显示方法 (23)4.2.2 GRID和TIN表面模型 (24)4.3巷道空间数据库的建立 (25)4.3.1 数据导入数据库 (25)4.3.2 ArcScene下实现巷道的三维可视化与显示 (28)4.3.2.1的三维可视化与显示 (28)4.3.2.2三维可视化 (33)第5章研究与展望 (35)5.1 研究总结： (35)5.2研究展望 (35)致谢 (37)主要参考文献： (38)第一章绪论1.1 问题的提出煤炭是我国的第一能源，在一次性能源结构中占72%以上，高效安全的煤矿开采技术必将取代过去的人海战术。

基于ArcScene的矿床空间三维模型的建立及可视化研究姚鑫1王崇倡2（1中科院地质与地球物理研究所 北京100029；2 辽宁工程技术大学测量系 阜新 123000）【摘要】矿床空间三维模型的建立及可视化研究的目的是解决用3D真实感图形模拟矿床地质构造的问题，并在此基础上为采矿、地质分析提供相应的服务。

根据国内外矿床模型建模技术发展现状，本文提出采用成熟的建模理论和高品质的ArcGIS 3D模块—ArcScene实现矿床模型建立及可视化这一可行的思路。

不仅在ArcScene下实现了地质体三维建模和可视化，并实现了模型与属性的关联。

同时也指出了ArcScene在构建矿床模型上的局限性及解决办法。

【关键词】矿床模型 可视化 TIN ArcGIS ArcScene0 引言矿床空间实体三维表达及可视化是公认的难题。

针对矿床特性构建三维数据模型，实现三维实体表达、现象模拟、空间分析和可视化既是GIS深入应用的体现，也是矿山适应“数字城市”、“MGIS（数字矿山）”实施的必然要求。

在现有的研究条件下利用高品质GIS三维模块建立矿床模型并实现三维可视化，实现对矿床的一个近似描述，在一定程度上满足生产和管理的需求，也可以为我们进一步建立完善的矿床模型提供一定的借鉴经验。

1 建立矿床数学模型的典型方法地质体描述是矿床模型的核心，是建立矿床模型基本的也是首要的工作。

它决定模型的应用范围和能力。

描述的方式有表面描述和体描述，每种方法都有各自的特点和适用对象。

1.1 3D规则网格法3D规则网格法是将勘探空间剖分为多个规则的网格[1]，然后用相应的网格描述地质体。

3D规则网格法是2D规则网格法在3D空间中的延伸，是一种相对来讲比较简单的方法。

针对被规则剖分的空间可以建立简单的数据结构和运用简单的算法。

3D规则网格法的特点是简单，不利之处是巨大的数据集和计算工作量。

3D规则网格法有多种变形[1]。

如果目的地质体是层状形态且相对来讲较平缓的话，便可在目的层面附近深度方向上作更小尺度的剖分；如要详细地研究某个断层，可在断层附近水平方向上做更小尺度的剖分；在地表地形变化较大的情况下，可删除空置的网格，采用动态管理。

第24卷第5期岩石力学与工程学报V ol.24 No.5 2005年3月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March，2005基于FLAC3D模拟的矿山巷道掘进煤岩变形破裂力电耦合规律的研究肖红飞1，何学秋2，冯涛1，王恩元2，朱川曲1(1. 湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭 411201；2. 中国矿业大学能源与安全工程学院，江苏徐州 221008)摘要：首先通过FLAC3D软件对矿山巷道掘进过程中煤岩内部应力场分布规律进行了数值模拟，并提取了各个单元的应力值；然后根据数值模拟应力值和煤岩受压变形破裂过程中产生的电磁辐射(EME)强度与煤岩内部应力之间的力电耦合关系式研究了巷道掘进过程中产生的电磁辐射信号变化规律。

研究结果表明：模拟应力值的变化规律与理论分析和现场实际围岩应力显现规律是一致的，从而说明该方法能正确模拟现场煤岩受采动影响时内部应力场的变化规律；将较大范围煤岩体单元当作电磁辐射源时的计算结果只比将应力集中区看作电磁辐射源的计算值大3%～8%，说明在现场监测到的EME强度反映的是应力集中区煤岩变形破裂的程度；EME强度在迎头沿着走向符合先逐渐增大达到峰值后再逐渐降低的规律，呈现出与煤岩内部应力变化相同的规律；随着迭代时间的增加，EME强度在同一监测点的变化关系先是逐渐增加，增加到一定程度后趋于平缓，反映了煤岩体内部应力的变化规律；巷道开挖后内部应力变化的快慢表现在EME强度的变化上。

现场钻孔内不同深度EME强度测定结果基本上也呈现出与模拟结果相同的变化趋势，同时证明了力电耦合方法的合理性。

关键词：采矿工程；FLAC3D；巷道掘进；煤岩变形破裂；力电耦合；电磁辐射(EME)；应力场；数值模拟中图分类号：TD 713.1 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)05–0812–06 RESEARCH ON COUPLING LAWS BETWEEN EME AND STRESS FIELDS DURING DEFORMATION AND FRACTURE OF MINE TUNNELEXCA V ATION BY FLAC3D SIMULATIONXIAO Hong-fei1，HE Xue-qiu2，FENG Tao1，WANG En-yuan2，ZHU Chuan-qu1(1. College of Energy and Safety Engineering，Hunan University of Science and Technology，Xiangtan411201，China；2. School of Energy and Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou221008，China)Abstract：First the distribution laws of stress fields in the course of mine tunnel excavation are simulated by means of FLAC3D software，and the stress value in each unit is obtained. Then according to the stress values and the coupling laws between electromagnetic emission(EME) strength and stress fields during the deformation and fracture of coal or rock，the changing laws of EME strength during mine tunnel excavation are studied. The results show that the changing rules of simulated stress are in accordance with that of the theoretical analysis and the practical strata stress，which shows that the FLAC3D method can appropriately simulate the changing law of stress field in the course of mine tunnel excavation. The simulated values by taking a large area as EME resources are only 3～8 percent larger than that by taking the stress concentration zone as EME resources，which show that EME signal received on the stress concentration zone reflects the deformation and fracture degree of coal or rock.收稿日期：2003–11–06；修回日期：2003–12–19基金项目：国家安全生产科技发展计划项目(04–232)；湖南省科技攻关项目(03JTY2005)作者简介：肖红飞(1971–)，男，2003年于中国矿业大学获安全技术及工程专业博士学位，现为副教授，主要从事安全监测理论及技术和相关方面的研究工作。

基于ANSYS平台的FLAC3D顺层岩质高边坡开挖稳定性分析发布时间：2022-03-22T07:06:53.940Z 来源：《城镇建设》2021年9月25期作者：胡宣[导读] 文章运用FLAC3D有限差分软件中Mohr-Coulomb 本构模型对某场地顺层岩质高边坡分步开挖进行模拟，揭示坡体的整体变形和应力应变特征发展过程，对边坡开挖稳定性做出评价胡宣（中铁二十五局集团有限公司设计研究院广东广州511458）摘要：文章运用FLAC3D有限差分软件中Mohr-Coulomb 本构模型对某场地顺层岩质高边坡分步开挖进行模拟，揭示坡体的整体变形和应力应变特征发展过程，对边坡开挖稳定性做出评价。

结果表明坡脚和开挖临空面应力相对集中，自上而下开挖至第七级台阶处位移突增，边坡处于不稳定状态。

关键词：顺层岩质高边坡；ANSYS；FLAC3D ；稳定性分析1引言顺层岩质高边坡作为边坡的一种特殊形式，是很容易发生变形破坏的一种边坡类型，使得顺层岩质高边坡的失稳问题成为工程地质学和岩石力学领域内亟待解决的问题之一［1】。

FLAC3D数值模拟方法全面满足了静力许可、应变相容和应力、应变之间的本构关系。

同时，采用数值分析方法可以不受边坡不规则的几何形状和材料的不均匀性的限制，这是比较理想的分析边坡应力变形和稳定性的手段。

在运用FLAC3D对边坡进行稳定性数值模拟分析时，通常要对实体对象经过适当简化建立相应的三维计算模型。

然而FLAC3D 在前期处理建模以及网格划分方面却一直很不方便,特别是遇到地层比较复杂和边界不规则时，在创建模型时就十分困难，不易控制网格点数据，不能完全创建真实的地质模型［2】。

ANSYS可以自上而下直接建立实体模型，还可以通过自下而上依次生成点、线、面和体，从而创建真实的实体模型［4】。

对于创建好的实体模型的网格划分，ANSYS提供了功能强大的控制工具，比如单元大小和形状的控制、网格的划分类型以及网格的清除和细化［5］。