三维DDA块体切割算法研究与应用

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随着各类基础设施建设和资源开发的快速发展,DDA作为用于模拟岩体非连续变形行为的主流的岩土力学数值计算方法,越来越受到研究者的重视,也被越来越广泛地应用到工程实践。而面临实际工程应用要求的不断提高,仅局限于平面应变或平面应力问题的二维DDA方法,不能完全反映实际变形和特性,三维DDA的需求呼之欲出。三维块体切割算法根据输入的统计性节理面信息,将沿途切割成为块体系统,三维DDA的前处理过程,能够为三维DDA计算提供所需的块体系统,是三维DDA研究和应用的基础。因此研究三维DDA块体切割算法具有重要的现实意义。  本文的主要工作包括:  (1)对DDA方法以及三维块体切割问题的研究现状进行了调研,并介绍了三维块体切割算法设计的相关问题,详细分析介绍典型的切割算法流程和常见的表达空间多面体的数据结构;  (2)设计并实现了一种新的三维DDA块体切割算法:在对典型算法流程和数据结构分析的基础上,结合岩体块体系统的特征,DDA算法需求和实际工程问题需求,基于面向对象的思想,设计了适合三维DDA的切割算法流程和基于半边法的数据拓扑结构,保证了算法具有较高的数据独立性,并且适用于二次切割等工程问题;分别实现了平面切割算法、封闭块体识别算法、正确性检验算法等切割流程中的关键算法,最终实现了三维块体切割算法。  (3)对切割算法进行了验证和优化:基于OpenMP对切割算法进行并行加速设计和实现,提高了切割算法效率,验证了算法的可并行性;通过和传统切割算法比较,验证了算法的正确性和实用性;通过建立某大型边坡的块体模型,说明了本文算法的切割建模流程,并使切割算法通过实际工程得到验证。  研究表明,本文提出的三维DDA块体切割算法能够有效建立块体模型,该算法同时具有较好的数据独立性,可以通过并行方式加速。同时,本文提出的切割算法能够解决工程后处理、二次切割等实际工程问题,为三维DDA的研究和工程应用提供了有效的前处理。
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