CN103236085A - 一种flac3d复杂三维地质体模型自动建立的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种FLAC3D复杂三维地质体模型自动建立的方法，属于三维地质体建模技术领域。根据建模数据之间的关系，采集建模数据，建立建模数据库，然后再根据FLAC3D程序的语法规则，利用SQL语句从建模数据中，查询生成FLAC3D建模命令流，保存为txt格式。能够快速生成FLAC3D建模数据文件，在FLAC3D软件中调用所生成的建模数据文件，即自动完成建模工作。可以有效保证所建立的FLAC3D三维地质体模型的准确性，且节省人力资源，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种FLAC3D复杂三维地质体模型自动建立的方法，属于三维地质体建模技术领域。
背景技术
FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 dimensions）是由美国明尼苏达大学和美国Itasca公司共同开发的三维有限差分软件，它能够进行土质、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。目前，该软件已成为从事相关专业的工程技术人员和研究人员理想的三维数值模拟工具之一，广泛应用于土建、交通、采矿、地质、水利等部门。虽然，FLAC3D软件为用户提供了12种初始单元模型，这些单元模型对于建立规整的三维地质体模型具有快速、方便等优点，但是由于FLAC3D在建立计算模型时,采用的是键入数据/命令行文件方式，这种建模方法是采用数据脚本文件来建立三维模型，数据文件涉及到大量的建模数据，在输入的过程中存在大量冗余数据，不仅工作量大、效率低、且易出错，影响FLAC3D建模的准确性。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种FLAC3D复杂三维地质体模型自动建立的方法，可以准确、快速、自动生成FLAC3D三维地质体模型，有效保证FLAC3D建模的准确性，且节省人力资源，提高效率。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：本发明的提供了一种FLAC3D复杂三维地质体模型自动建立的方法。根据建模数据之间的关系，采集建模数据，建立建模数据库，然后再根据FLAC3D程序的语法规则，利用SQL语句从建模数据中，查询生成FLAC3D建模命令流，保存为txt格式。如图1所示，包括以下具体步骤：
（1）采集建模数据：对三维地质体控制点、微单元体和组这三种建模数据进行采集；
（2）建模数据入库：根据建模数据之间的关系，将步骤（1）中采集的建模数据导入数据库中；
（3）生成三维建模数据文件：根据FLAC3D程序的语法规则，利用SQL语句从步骤（2）所建立的建模数据库中通过字符串连接运算符和等值连接查询生成FLAC3D建模命令流，并保存为.txt格式的建模数据文件；
（4）生成三维地质体模型：打开FLAC3D软件，点击菜单栏‘File’-‘Call’命令，调用步骤（3）所生成建模数据文件，即可生成三维地质体模型。
所述三维地质体控制点（point）建模数据包括每个控制点的三维坐标值及其编号。
所述微单元体（zone）建模数据包括每个微单元控制点所对应的编号、每一个微模型在三维空间上需要细分的数目组成、单元体在三维空间上的尺寸大小的比率以及其所属的组。
所述组（group）建模数据包括组编号及其材料特性。
所述的步骤（2）中建模数据之间的关系为一个组由一个或多个微单元体组成，一个微单元体由多个三维地质体控制点组成。
所述步骤（2）中的数据库由三维地质体控制点信息表、微单元体信息表、组信息表组成，将步骤（1）所采集的建模数据表导入到建模数据中时，分别存储于三维地质体控制点信息表、微单元体信息表和组信息表中。
本发明的优点和积极效果为：能够快速生成FLAC3D建模数据文件，在FLAC3D软件中调用所生成的建模数据文件，即自动完成建模工作。可以有效保证所建立的FLAC3D三维地质体模型的准确性，且节省人力资源，提高效率。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明单个六面体建立的原理；
图3为本发明实施例1建立的单位地质体模型示意图；
图4为本发明实施例2建立的单位地质体模型示意图；
图5为本发明实施例2开挖后所形成的露天矿边坡现状示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于以下所述的实施例。
实施例1:某金属矿山，由于开采地质条件的复杂性，金属矿床开采将引起岩体和地表连续的移动、变形和非连续破坏，特别是随着采深的逐渐增加，开采沉陷问题越来越突出，对矿井安全生产带来了严重影响。在理论分析的基础上，采用FLAC3D软件建立三维地质体计算模型对该矿山深部开采引起的岩体与地表移动规律进行研究。本实施例以该矿山的三维地质体模型自动生成为例，综合考虑单元划分的有效性和可操作性，本发明实施例以矩形网格(Brick)为例，常见的建模命令的语法规则格式见例句1，即通过“gen zone brick”命令输入六面体的8个控制点即p0-p7(剖面1上的p0,p1,p3,p6;剖面2上的p2,p4,p5,p7)（如图2所示）的坐标值，以及单元体在每个坐标方向上的单元数目、单元尺寸大小的比率、岩性等，即可建立一个微单元体，本实施例所采用的对模型定义、网格剖分和单元力学参数的定义例句如例句1所示。
例句1：FLAC3D建模命令例句如下
gen zone brick p0 321.6 641.1 0 p1 328.6 641.1 0 p2 288.3 745.1 0 p3 321.6 641.1 110 p4 297.3 745.1 0 p5 288.3 745.1 110 p6 328.6 641.1 110 p7 297.3 745.1 110 size 1 10 7ratio 1 1 0.9 gro 白云岩
本实施例具体过程分为如下4个部分：
1、采集建模数据：根据相关的岩层分布、地质剖面等资料，采集建模数据，本实施例采用Microsoft Office Excel软件，通过自动填充和编辑公式的方式输入，得到建模数据，建模数据由网格控制点、微单元体、组等组成。
网格控制点（Point）数据包括PointID，x，y，z四个数据项，微单元体
(zone)数据包括ZoneID,ZoneID,p0,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,sx,sy,sz,rx,ry,rz,GroupID十六个数据项，组（group）数据包括GroupID,gro两个数据项，所有的建模数据分别按表1-表3所示的格式，在excel软件中建立Point.xls、
Zone.xls、Group.xls这三个文件用来存储建模数据。
表1 网格控制点信息表（Point）
表2 单元体信息表（Zone）
表3 组信息表（Group）
注：通过SQL语句把建模命令的关键字和建模数据按建模命令的语法规则连接起来成为建模命令，需把建模数据的数据类型设置为字符串类型，及在Excel软件中，设置单元格格式时，数字设置成文本格式。
本发明的实施例通过在Excel软件中输入1188个控制点的坐标值，根据网格控制点与单元体的关系建立了单元体文件，该文件包含了880个单元体的属性值。
2、建模数据入库：利用SQL语句在SQL SERVER软件中建立建模数据库，名为jianmo，然后将步骤一中已编辑好的建模数据表导入到jianmo中；
（1）新建数据库
create database jianmo
（2）导入建模数据表
Select * into Point from
OPENDATASOURCE('Microsoft.Jet.OLEDB.4.0', 'Data Source=D:\FLAC3D建模\Point.xls;Extended Properties=Excel 8.0')...Sheet1$；（采用同样的语句结构，导入Zone.xls和Group.xls文件.）
3、快速生成FLAC3D建模数据脚本文件
利用SQL语句把网格控制点p0-p7的坐标值按“x y z”的形式，通过表Point和Zone的等值连接查询实现，并作为一列存储于表p0-p7中，最后从表Zone和p0-p7中，根据FLAC3D建模命令流的语法规则，采用字符串连接运算法则，利用SQL查询语句，批量查询生成FLAC3D建模数据脚本文件。
所用到的SQL语句如下：
（1）节点p0-p7坐标值按x y z的顺序连接起来
select ZoneID,x+' '+y+' '+z as p0
into p0 from Zone, Point
where PointID=p0（采用同样的语句结构，把上句中p0换为p1, p2,p3,p4,p5,p6,p7 ,实现节点p0-p7坐标值的生成.）
（2）生成FLAC3D建模数据文件
select 'gen zone brick '+'p0 '+p0.p0+' '+ 'p1 '+p1.p1+' '+'p2 '+p2.p2+' '+'p3 '+p3.p3+' '+'p4 '+p4.p4+' '+ 'p5 '+p5.p5+' '+'p6 '+p6.p6+' '+'p7 '+p7.p7+' '+ 'size '+sx+' '+sy+' '+sz+' '+ 'ratio '+rx+' '+ry+' '+rz+' '+'gro '+ gro
from Zone,GroupINFO,p0,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7
where Zone. GroupID= GroupINFO.GroupID
and Zone.ZoneID=p0.ZoneID
and Zone.ZoneID=p1.ZoneID
and Zone.ZoneID=p2.ZoneID
and Zone.ZoneID=p3.ZoneID
and Zone.ZoneID=p4.ZoneID
and Zone.ZoneID=p5.ZoneID
and Zone.ZoneID=p6.ZoneID
and Zone.ZoneID=p7.ZoneID
操作过程：把上述SQL语句复制到记事本中，保存为FLAC3D命令流快速生成.txt ，然后点“开始” →“所有程序” →“Microsoft SQL Server” →“查询分析器”，在“查询分析器”中打开FLAC3D命令流快速生成.txt文件，按“f5”运行后，批量查询生成FLAC3D建模命令流，然后点击右键“全选”查询结果，点击鼠标右键，选择“另存为”，在另存对话框中把保存类型选择为“所有文件*.*”，文件名后输入“FLAC3D建模数据文件文件.txt”。
4．自动生成FLAC3D三维地质体模型。
打开FLAC3D软件，点击菜单栏‘File’-‘Call’命令，调用上一步所生成“FLAC3D建模数据文件文件.txt”文件，即可自动、快速生成该矿山的三维地质体模型。
本发明实施例通过SQL查询语句对建模数据进行查询共生成880条FLAC3D建模语句，把命令保存为FLAC3D建模数据文件.txt文件，在FLAC3D中调用该文件，自动建立三维地质体模型，建立的模型见图3，该模型共划分254 880个单元体，267 300个节点，实现了在FLAC3D软件中准确、快速、自动建立三维大型地质体模型。对所建立的三维模型进行计算参数和边界约束设置。并进行计算，根据计算结果可以对该矿山深部开采所引起的岩体与地表移动规律进行分析。
实施例2：以某露天矿山三维建模数据实施本发明自动生成FLAC3D命令流为例
某露天矿山，随着矿体的开采将引起该露天矿边坡的变形甚至发生失稳破坏，为了保证该矿山的安全生产，需对该露天矿开采过程中所形成的露天矿边坡的稳定性进行研究。在理论分析的基础上，采用FLAC3D软件建立该矿山的三维地质体模型，并对该露天矿边坡的稳定性进行分析研究。本实施例以该矿山三维建模数据自动生成FLAC3D三维地质体计算模型为例，综合考虑单元划分的有效性和可操作性，本发明实施例以矩形网格(Brick)为例，常见的建模命令的语法规则格式见例句1，即通过“gen zone brick”命令输入六面体的8个控制点即p0-p7(剖面1上的p0,p1,p3,p6;剖面2上的p2,p4,p5,p7)（如图2所示）的坐标值，以及单元体在每个坐标方向上的单元数目、单元尺寸大小的比率、岩性等，即可建立一个微单元体，本实施例所采用的FLAC3D建模语法格式例句如例句1所示。
例句1：FLAC3D建模语法例句如下
gen zone brick p0 321.6 641.1 0 p1 328.6 641.1 0 p2 288.3 745.1 0 p3 321.6 641.1 110 p4 297.3 745.1 0 p5 288.3 745.1 110 p6 328.6 641.1 110 p7 297.3 745.1 110 size 1 10 7ratio 1 1 0.9 gro 白云岩
本实施例具体过程分为如下4个部分：
1、采集建模数据：根据相关的岩层分布、地质剖面等资料，采集建模数据，
本实施例采用Microsoft Office Excel软件，通过自动填充和编辑公式的方式输入，得到建模数据，建模数据由网格控制点、微单元体、组等组成。
网格控制点（Point）数据包括PointID，x，y，z四个数据项，微单元体
(zone)数据包括ZoneID,ZoneID,p0,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,sx,sy,sz,rx,ry,rz,GroupID十六个数据项，组（group）数据包括GroupID,gro两个数据项，所有的建模数据分别按表1-表3所示的格式，在excel软件中建立Point.xls、
Zone.xls、Group.xls这三个文件用来存储建模数据。
表1 网格控制点信息表（Point）
表2 单元体信息表（Zone）
表3 组信息表（Group）
注：通过SQL语句把建模命令的关键字和建模数据按建模命令的语法规则连接起来成为建模命令，需把建模数据的数据类型设置为字符串类型，及在Excel软件中，设置单元格格式时，数字设置成文本格式。
本发明的实施例通过在Excel软件中输入4500个控制点的坐标值，根据网格控制点与单元体的关系建立了单元体文件，该文件包含了3960个单元体的属性值，组由紫色板岩、炭质板岩、青灰色白云岩、一期矿体、褪色白云岩工五种岩性组成。
2、建模数据入库：利用SQL语句在SQL SERVER软件中建立建模数据库，名为jianmo，然后将步骤一中已编辑好的建模数据表导入到jianmo中；
（1）新建数据库
create database jianmo
（2）导入建模数据表
Select * into Point from
OPENDATASOURCE('Microsoft.Jet.OLEDB.4.0', 'Data Source=D:\FLAC3D建模\Point.xls;Extended Properties=Excel 8.0')...Sheet1$；（采用同样的语句结构，导入Zone.xls和Group.xls文件.）
3.快速生成FLAC3D建模数据脚本文件
利用SQL语句把网格控制点p0-p7的坐标值按“x y z”的形式，通过表Point和Zone的等值连接查询实现，并作为一列存储于表p0-p7中，最后从表Zone和p0-p7中，根据FLAC3D建模命令流的语法规则，采用字符串连接运算法则，利用SQL查询语句，批量查询生成FLAC3D建模数据脚本文件。
所用到的SQL语句如下：
（1）节点p0-p7坐标值按x y z的顺序连接起来
select ZoneID,x+' '+y+' '+z as p0
into p0 from Zone,Point
where PointID=p0（采用同样的语句结构，把上句中p0换为p1, p2,p3,p4,p5,p6,p7 ,实现节点p0-p7坐标值的生成.）
（2）生成FLAC3D建模数据文件
select 'gen zone brick '+'p0 '+p0.p0+' '+ 'p1 '+p1.p1+' '+'p2 '+p2.p2+' '+'p3 '+p3.p3+' '+'p4 '+p4.p4+' '+ 'p5 '+p5.p5+' '+'p6 '+p6.p6+' '+'p7 '+p7.p7+' '+ 'size '+sx+' '+sy+' '+sz+' '+ 'ratio '+rx+' '+ry+' '+rz+' '+'gro '+ gro
from Zone,GroupINFO,p0,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7
where Zone. GroupID= GroupINFO.GroupID
and Zone.ZoneID=p0.ZoneID
and Zone.ZoneID=p1.ZoneID
and Zone.ZoneID=p2.ZoneID
and Zone.ZoneID=p3.ZoneID
and Zone.ZoneID=p4.ZoneID
and Zone.ZoneID=p5.ZoneID
and Zone.ZoneID=p6.ZoneID
and Zone.ZoneID=p7.ZoneID
操作过程：把上述SQL语句复制到记事本中，保存为FLAC3D命令流快速生成.txt ，然后点“开始” →“所有程序” →“Microsoft SQL Server” →“查询分析器”，在“查询分析器”中打开FLAC3D命令流快速生成.txt文件，按“f5”运行后，批量查询生成FLAC3D建模命令流，然后点击右键“全选”查询结果，点击鼠标右键，选择“另存为”，在另存对话框中把保存类型选择为“所有文件*.*”，文件名后输入“FLAC3D建模数据文件文件.txt”。
4．自动生成FLAC3D三维地质体模型。
打开FLAC3D软件，点击菜单栏‘File’-‘Call’命令，调用上一步所生成“FLAC3D建模数据文件文件.txt”文件，即可自动、快速生成该矿山的三维地质体模型。
本发明实施例通过SQL查询语句对建模数据进行查询共生成6076条FLAC3D建模语句，把命令保存为FLAC3D建模.txt文件，在FLAC3D中调用该文件，建立的模型，该模型共划分213 590个单元体，217 098个节点，实现了在FLAC3D软件中准确、快速地建立三维大型地质体模型。
本发明实施例通过SQL查询语句对建模数据进行查询共生成6076条FLAC3D建模命令，把命令保存为FLAC3D建模.txt文件，在FLAC3D中调用该文件，建立开采前的三维地质体的模型见图4，开挖后所形成的露天矿边坡现状见图5，该模型共划分213 590个单元体，217 098个节点，实现了在FLAC3D软件中准确、快速地建立三维大型地质体模型。根据所建立的该矿山的三维地质体模型，并对其进行计算参数和边界约束设置，然后进行计算，根据计算结果可以分析该露天矿边坡的稳定性。
Claims (6)
1.一种FLAC3D复杂三维地质体模型自动建立的方法，其特征在于具体步骤包括如下：
（1）采集建模数据：对三维地质体控制点、微单元体和组这三种建模数据进行采集；
（2）建模数据入库：根据建模数据之间的关系，将步骤（1）中采集的建模数据导入数据库中；
（3）生成三维建模数据文件：根据FLAC3D程序的语法规则，利用SQL语句从步骤（2）所建立的建模数据库中通过字符串连接运算符和等值连接查询生成FLAC3D建模命令流，并保存为.txt格式的建模数据文件；
（4）生成三维地质体模型：打开FLAC3D软件，点击菜单栏‘File’-‘Call’命令，调用步骤（3）所生成建模数据文件，即可生成三维地质体模型。
2.根据权利要求1所述的FLAC3D复杂三维地质体模型自动建立的方法，其特征在于：所述三维地质体控制点建模数据包括每个控制点的三维坐标值及其编号。
3.根据权利要求1所述的FLAC3D复杂三维地质体模型自动建立的方法，其特征在于：所述微单元体建模数据包括每个微单元控制点所对应的编号、每一个微模型在三维空间上需要细分的数目组成、单元体在三维空间上的尺寸大小的比率以及其所属的组。
4.根据权利要求1所述的FLAC3D复杂三维地质体模型自动建立的方法，其特征在于：所述组建模数据包括组编号及其材料特性。
5.根据权利要求1所述的FLAC3D复杂三维地质体模型自动建立的方法，其特征在于：所述的步骤（2）中建模数据之间的关系为一个组由一个或多个微单元体组成，一个微单元体由多个三维地质体控制点组成。
6.根据权利要求1所述的FLAC3D复杂三维地质体模型自动建立的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的数据库由三维地质体控制点信息表、微单元体信息表、组信息表组成，将步骤（1）所采集的建模数据表导入到建模数据中时，分别存储于三维地质体控制点信息表、微单元体信息表和组信息表中。
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