混凝土坝体结构裂缝三维建模及虚拟现实应用

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1、第34卷第2期华北水利水电学院学报V0I．34No．22013年4月JournalofNoahChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerApr．2013DOI：10．3969／j．issn．1002—5634．2013．02．012混凝土坝体结构裂缝三维建模及虚拟现实应用付翔，刘尚蔚，魏群，何大川(1．华北水利水电学院，河南郑州450045；2．南水北调中线干线工程建设管理局，北京100038)摘要：基于可视化仿真技术的大型水利水电工

2、程中大体积混凝土裂缝的机理模拟与展示方法研究越来越受关注．分析了国内外对裂缝三维建模方法的研究；基于大体积混凝土裂缝统计数据，利用NURBS软件平台，对具有复杂大坝条件和廊道群的水利工程坝体结构裂缝建立了三维模型拓扑关系．以实现坝体结构裂缝虚拟现实系统为目标，完成了大坝裂缝控制模拟、可视化查询和综合分析等方面的应用．最后将该技术成功应用到实际水利工程的三维坝体结构裂缝统计模拟和可视化分析中，为裂缝虚拟现实可视化方法在其他工程领域的应用拓展提供参考．关键词：混凝土坝体；裂缝；虚拟现实；三维可视化中圈

3、分类号：TV39；TP391．9文献标识码：A文章编号：1002—5634(2013)02—0039—04自20世纪初开始修建混凝土坝以来，裂缝问题笔者应用NURBS软件平台来制作混凝土大坝及裂始终存在，甚至无坝不裂，已成为困扰大坝建设的关缝的三维模型，建立具有复杂混凝土大坝条件和键问题之一⋯．为准确评估危害性裂缝及对裂缝进廊道群的水利工程的三维模型拓扑关系，并应用虚行后续处理，确定裂缝在坝体结构中的几何位置、数拟现实(VirtualReality，VR)技术来实现混凝土大据特点和对结构影响大小是

4、裂缝展布情况探查的一坝三维裂缝的虚拟现实可视化系统．个关键环节．传统的工程结构裂缝分析、解释和普查1坝体混凝土结构裂缝三维可视化建一般局限于二维、静态的表达方式，它描述空间裂缝模原理构造的直观性差，不能充分揭示三维特征，难以满足坝体结构裂缝空间分析的需求．1．1坝体混凝土结构裂缝组成及分析离散裂缝网络模型通过展布于三维空间中的各通常，坝体裂缝主要在施工期产生，由施工期温类裂缝片组成的裂缝网络集团来构建整体的裂缝模度荷载造成．运行期裂缝主要是施工期微裂缝扩展、型，实现了对裂缝系统从几何形态到其渗流行

5、为的结构设计不当、基础变形、地震等因素造成．裂缝逼真细致的有效描述．刘尚蔚等对多维多源数据是依存于坝体内部的，相当于断层、夹层、节理与裂建立统一数据库，用于三维建模并进行了虚拟现实隙在岩体中充当结构面构造，坝体是被裂缝切割的模型转化的研究．以上三维裂缝建模和可视化方块体(切割体或似断非断体)．裂缝的结构由裂缝中法的研究，主要是为了满足地球物理、矿业工程和油心位置、缝长、缝宽、缝深与裂缝产状等参数确定．坝藏工程等地质模拟与辅助工程设计需要而展开的，体裂缝按产状和规模大体可以分为水平缝、纵向缝、但涉及

6、水利工程混凝土大坝三维裂缝建模方法研究坝体上游面竖向裂缝、坝顶至廊道的裂缝、贯穿坝体的文献较少．的水平裂缝等．坝顶平面至廊道顶面的裂缝和贯穿鉴于水利工程大坝裂缝建模和可视化的需要，坝体的水平裂缝如图1所示．收稿日期：2012—11—30基金项目：河南省院科技合作专项基金(112106000035)．作者简介：付翔(1987～)，男，江西南昌人，硕士研究生，主要从事水工结构工程可视化仿真方面的研究．刘尚蔚(1967一)，女，河南南阳人，教授，博士，主要从事水工结构工程可视化仿真方面的研究．魏群(19

7、47一)，男，山东诸城人，教授，博士后，主要从事三维可视化仿真和钢结构设计等方面的研究第34卷第2期付翔，等：混凝土坝体结构裂缝三维建模及虚拟现实应用4lalityPlatform)的坝体裂缝统计仿真系统开发可分为2．2坝体结构裂缝系统构造如下步骤．从整体上将坝体顶平面、迎水面、贴坡面及其他1)数据库采用微软的ACCESS软件创建，将裂主要建筑结构对应的裂缝属性信息规整、统计，作为缝的参数信息以等级归类，并将各裂缝详细信息存一个坝体裂缝三维可视化系统来构造，更能够反映储至数据库中．实际坝体裂缝的结

8、构形态．基于NURBS技术构造2)在虚拟现实编辑平台中，用其自带的属性赋坝体结构裂缝三维可视化模型的步骤如下．值功能对每条裂缝进行ID赋值．1)将裂缝检查表与坝体结构二维剖面数据按3)VRP场景本身提供对用户需求处理的简单真实坐标系统进行三维转换，形成整体水利枢纽和交互(包括事件和路由)，但并不能完全满足复杂交裂缝模型曲线集合．互的要求，需要进行三维立体显示控制的开发，针对2)从该集合中提取相应的裂缝结构的点、线数更底层的数据库、场景实时渲染等功能进行衔接．据，运用NURBS建模技