1、土石混合体三维土石混合体三维精细精细结构结构生成系统生成系统研发及应用研究研发及应用研究系系 所：岩土工程所所：岩土工程所 时时 间：间：2019/6/19汇报内容汇报内容p研究背景及意义p土石混合体三维精细结构建模系统开发p块石三维形态扫描及几何形态分析p土石混合体细观力学数值试验p结论与展望一、研究背景及意义一、研究背景及意义p土石混合体的研究意义p常见的地质灾害体p岩土工程的填筑材料一、研究背景及意义一、研究背景及意义p土石混合体细观结构建模现状l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、研究背景及意义一、研究背景及意义p土石混合体细观结构建模现状l二维:数字图
2、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、研究背景及意义一、研究背景及意义p土石混合体细观结构建模现状l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)l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、研究背景及意义一、研究背景及意义p土石混合体细观结构建模现状l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)l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、研究背景及意义一、研究背景及意义p
3、土石混合体细观结构建模现状l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)l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)p不不 足足:与实际形态相差很大；CT成本高、不可重复p必要性必要性: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、研究背景及意义一、研究背景及意义土石混合体三维精细结构建模系统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块石三维形态扫描土石混合体细观力学数值试验论文研究技术路线汇报内容汇报内容p研究背景及意义p土石混合体三维精细结构建模系统开发p块石三维形态扫描及几何形态分析p土石混合体细
4、观力学数值试验p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二、三维精细结构建模系统开发三维块石形态数据库模块关键问题 模型形态 块石获取 接触判断数据录入数据录入模模 块块查询管理查询管理模模 块块三维可视化三维可视化模模 块块参数输入参数输入块石样本块石样本生生 成成块石投放块石投放三维可视化三维可视化与模型输出与模型输出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：块石样本块石样本块石样本等比例缩放等比例缩放(粒径不满足要求粒径不满足要求)
5、直接获取直接获取(粒径满足要求粒径满足要求)三维块石形态数据库系统二、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包含相离相交p 判断外包盒是否相离p 判断是否有点在块石内部p 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-可靠性验证模型模型长长宽宽高高产状产状产地产地成因成因含石量含石量数目数目长方体长方体60cm60cm120cm0180糯
6、扎渡人工31.45%786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汇报内容p研究背景及意义p土石混合体三维精细结构建模系统开发p块石三维形态扫描及几何形态分析p土石混合体细观力学数值试验p结论与展望三、块石三维形态扫描及几何形态分析三、块石三维形态扫描及几何形态分析块石标靶Leica C10 三维激光扫描仪点 云提取单个块石多站扫描、拼接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
7、石（人工破碎）32块三、块石三维形态扫描及几何形态分析三、块石三维形态扫描及几何形态分析三、块石三维扫描及统计规律三、块石三维扫描及统计规律块石三维形态统计分析唐家山唐家山糯扎渡糯扎渡体表比体表比0.70.80.550.65长长细比细比2.02.51.82.0球度球度0.70.80.80.9体表比长细比球 度块石的三维几何形态块石的三维几何形态具有良好的自组织性具有良好的自组织性汇报内容汇报内容p研究背景及意义p土石混合体三维精细结构建模系统开发p块石三维形态扫描及几何形态分析p土石混合体细观力学数值试验p结论与展望四、土石混合体细观力学数值试验四、土石混合体细观力学数值试验块石小球填充：D=
8、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四、土石混合体细观力学数值试验p 每个块石用小球填充p 摩擦系数：块石与块石，0.3 块石与地面，0.3p 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四、土石混合体细观力学数值试验p 上下两个半盒p 尺寸：60cm*60cm*60cmp 竖直向：加载法向应力p 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材料材料属性属性值
9、值土体土体密度（kg/m3）2350颗粒接触弹性模量,Ec(MPa)150颗粒接触泊松比,v0.3颗粒摩擦角,()8.5颗粒粘聚力,c(kPa)2500块石块石密度（kg/m3）2650颗粒接触弹性模量,Ec(GPa)20颗粒接触泊松比,v0.5土土-石石接触面接触面接触摩擦角,()8.5接触粘聚力,c(kPa)0.0剪切盒剪切盒 接触弹性模量,Ec(GPa)50接触泊松比,v0.5摩擦角,()5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
10、验结果分析四、土石混合体细观力学数值试验四、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）汇报内容汇报内容p研究背景及意义p土石混合体三维精细结构建模系统开发p块石三维形态扫描及几何形态分析p土石混合体细观力学数值试验p结论与展望p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累积开发代码共7000余行余行特色特色：真实块石形态；真实粒度组成；真实试样模型：真实块石形态；真实粒度组成；真实试样模型p块石三维形态扫描及几何形态分析两种成因、共两种
11、成因、共216个块石三维形态扫描个块石三维形态扫描发现发现：不同成因的块石几何形态具有明显的统计自组织性：不同成因的块石几何形态具有明显的统计自组织性p土石混合体细观力学数值试验建立了土石混合体细观建立了土石混合体细观结构结构DEM模型模型应用：应用：开展了土石混合体细观力学及变形破裂机理研究开展了土石混合体细观力学及变形破裂机理研究五、结论与展望五、结论与展望-结结 论论五、结论与展望五、结论与展望-展展 望望p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自密实混凝土流动机理和孔隙堵塞机理物理力学特性物理力学特性p优化块石投放方法和块石接触判断算法p丰富系统功能、块石数据库p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。论文取得成果（发明专利）论文取得成果（发明专利）1 基于三维形态的颗粒分析方法及颗粒放置支架.发明人：徐文杰，李澄清.（已提交）2 基于块石真实形态的土石混合体三维细观结构生成方法.发明人：徐文杰，李澄清.（已递交代理机构）致致 谢谢
