[发明专利]土石混合体三维细观结构生成方法及系统

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种土石混合体三维细观结构生成方法及系统。

背景技术

土石混合体是自然界中广泛存在的一类复杂的岩土介质，也是地质工程、岩土工程中经常遇到的一类地质体。由于土石混合体内部超径块石的存在，使得其物理力学性质很难通过传统的室内或野外试验获取。土石混合体物理力学性质的研究一直以来是岩土工程界面临的难题。

随着数值计算技术的发展，数值试验为土石混合体物理力学性质的研究提供了新的技术支持。然而，在进行土石混合体的数值试验研究时，建立合理的细观结构模型是进行数值试验的关键一步。目前在土石混合体的细观结构模型建立方面，大都集中在二维模型方面，在三维结构模型生成方面为采用生成随机块石模型的方法。通过随机生成块石多面体构建土石混合体三维细观结构模型，虽然在一定程度上可以实现块石对土石混合体物理力学性质的影响分析，但是难以反应块石真实形态，从而影响分析结果的可靠性。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种土石混合体三维细观结构生成方法。

本发明的第二个目的在于提出一种土石混合体三维细观结构生成系统。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种土石混合体三维细观结构生成方法，包括以下步骤：对块石进行三维扫描，并根据扫描结果构建块石几何模型，其中，所述块石几何模型包括块石的点云数据和块石三维表面模型；根据块石属性信息、块石形态信息和块石几何模型建立块石三维模型数据库；根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的基本信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本，其中，所述基本信息包括粒度组成信息、块石属性信息和模型类型；根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的模型类型建立土石混合体边界模型；依据预设块石投放约束条件，从所述块石样本中选择块石向所述土石混合体边界模型中进行投放以生成土石混合体三维细观结构模型；以及渲染、展示并输出所述土石混合体三维细观结构模型。

另外，根据本发明上述实施例的土石混合体三维细观结构生成方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的基本信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本，进一步包括：输入所述需要生成的土石混合体三维细观结构模型的粒度组成信息；根据所述粒度组成信息计算得到生成所述土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组块石实际重量；根据所述各粒组块石实际重量计算得到生成所述土石混合体三维细观结构模型所需的各粒组样本块石重量，其中，所述各粒组样本块石重量大于所述各粒组块石实际重量；根据所述各粒组样本块石重量及块石属性信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本。

在一些示例中，所述预设块石投放约束条件包括：块石的空间方位约束、块石投放的合理性判定约束和块石粒度特性判定约束。

在一些示例中，所述对块石进行三维扫描，并根据扫描结果构建块石几何模型，进一步包括：以多个视角对块石进行扫描以得到所述块石在所述多个视角下的块石点云数据；对所述多个视角下的块石点云数据进行拼接；对拼接后的块石点云数据进行降噪以得到最终块石点云数据；根据所述最终块石点云数据构建所述块石三维表面模型。

在一些示例中，利用非接触式结构光三维扫描装置对所述块石进行三维扫描以得到所述块石点云数据。

本发明第二方面的实施例公开了一种土石混合体三维细观结构生成系统，包括：块石三维表面模型生成模块，用于对块石进行三维扫描，并根据扫描结果构建块石几何模型，其中，所述块石几何模型包括块石的点云数据和块石三维表面模型；块石三维模型生成模块，用于根据块石属性信息、块石形态信息和块石几何模型建立块石三维模型数据库；块石样本提取模块，用于根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的基本信息从所述块石三维模型数据库中获取块石样本，其中，所述基本信息包括粒度组成信息、块石属性信息和模型类型；土石混合体边界模型生成模块，用于根据需要生成的土石混合体三维细观结构模型的模型类型建立土石混合体边界模型；土石混合体三维细观结构模型生成模块，用于依据预设块石投放约束条件，从所述块石样本中选择块石向所述土石混合体边界模型中进行投放以生成土石混合体三维细观结构模型；以及可视化模块，用于渲染、展示并输出所述土石混合体三维细观结构模型。

另外，根据本发明上述实施例的土石混合体三维细观结构生成系统还可以具有如下附加的技术特征：