CN107767451B - 一种基于gocad栅格模型的3dec复杂地形建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于GOCAD栅格模型的3DEC复杂地形建模方法，该方法包括以下步骤：确定研究对象范围，对范围内的地形线进行预处理；建立研究范围的三维GOCAD模型；建立研究范围的三维格栅SGrid模型；建立3DEC数值模型。本发明主要利用GOCAD格栅与边界面相一致功能，建立三维地形格栅模型充分利用GOCAD在复杂地形建模方面的优势，实现GOCAD常规三维模型向3DEC数值模型的转换，克服了3DEC在前处理方面的不足，同时，拓展了GOCAD的三维建模实际应用。

Description

一种基于GOCAD栅格模型的3DEC复杂地形建模方法
技术领域
本发明涉及，尤其涉及一种基于GOCAD栅格模型的3DEC复杂地形建模方法。
背景技术
复杂地形的数值模型建立一直是岩土工作者所关注的问题。GOCAD三维地质模型可以将各种地质信息转化为直观形象的三维曲面和三维实体，但常规的地质模型主要用于表达地质体的平面图和剖面图信息，即主要停留在可视层面；3DEC以离散元为基本理论，可以描述离散介质力学行为，力学上增加了对类似岩体中结构面非连续力学行为的模拟，使其对非连续介质具有普遍的分析能力，在岩体力学领域具有广泛的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于GOCAD栅格模型的3DEC复杂地形建模方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于GOCAD栅格模型的3DEC复杂地形建模方法，包括以下步骤：
1）确定研究对象范围，对范围内的地形线进行预处理；
1.1）确定研究对象的范围；即待建模的复杂地形的范围；
1.2）对确定的范围内的地形线进行预处理，所述预处理包括对地形线高程赋值、对局部起伏尖角地形进行处理、删除不相关实体，并存储为dxf格式地形线文件；
2）建立研究对象范围的三维GOCAD模型；
2.1）将dxf地形线文件导入GOCAD软件；
2.2）通过地形线生成数据点云及模型控制边界线；
2.3）通过数据点云及模型控制边界线生成三维地形面；
2.4）根据3DEC数值模拟要求，选定模型底部高程边界，建立三维模型；
3）建立研究范围的三维格栅SGrid模型；
3.1）根据3DEC数值模拟特点，确定U、V、W(X、Y、Z)方向上格栅单元的数目，建立SGrid模型；U、V、W方向分别对应X、Y、Z方向；
3.2）在顶面及底面间对SGrid模型进行地形初始化，使SGrid成比例协调适应地形面；
4）建立3DEC数值模型；
4.1）将SGrid模型保存为*.xs格式，并在Opions中选择‘SGrid properties in aseparate ASCII file’选项，获得存储格栅节点坐标ASCII文件，基于ASCII文件SGrid格栅节点排序规律，通过编程技术获取ASCII文件中格栅节点三维坐标；
4.2）结合3DEC自身建模命令，通过编程技术建立3DEC可读取的命令流文件，建立3DEC模型。
按上述方案，所述步骤3.2）中顶面为地形面，底面为模型底部边界。
按上述方案，所述步骤4.1）中，对存储格栅节点坐标ASCII文件获取ASCII文件中格栅节点三维坐标的过程如下：，ASCII文件中，I、J、K在空间上唯一确定了节点空间位置，I代表了X方向、J代表了Y方向、K代表了Z方向，根据数据存储格式，首先进行X方向上节点遍历，再进行Y方向节点遍历，最后进行Z方向上节点遍历，使用编程技术读取ASCII节点坐标文件，获取建模需要的格栅节点三维坐标数据。
本发明产生的有益效果是：主要利用GOCAD格栅与边界面相一致功能，建立三维地形格栅模型，实现自然地形的均匀离散化。通过编程技术获得GOCAD三维格栅模型的节点坐标，并编写成3DEC可读取的命令流文件，从而快速有效的建立3DEC三维数值模型。复杂地形的数值模型建立一直是岩土工作者所关注的问题，本发明充分利用GOCAD在复杂地形建模方面的优势，通过编程语言实现GOCAD常规三维模型向3DEC数值模型的转换，克服了3DEC在前处理方面的不足，同时，拓展了GOCAD的三维建模实际应用。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的目标对象GOCAD三维模型示意图；
图2是本发明实施例的SGrid对象及其组成要素示意图；
图3是本发明实施例的三维格栅SGrid模型示意图；
图4是本发明实施例的SGrid模型的ascii码文件数据存储格式示意图；
图5是本发明实施例的SGrid格栅模型空间拓扑关系图；
图6是本发明实施例的目标对象3DEC模型示意图；
图7是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图7是本发明实施例的方法流程图,如图7所示，一种基于GOCAD栅格模型的3DEC复杂地形建模方法，包括以下步骤：
A、确定研究对象范围，对范围内的地形线进行预处理；
步骤一，确定研究对象的范围；
步骤二，对确定的范围内的地形线进行预处理，包括对地形线高程赋值，对局部局部起伏尖角地形适当处理，删除不相关实体，并存储为dxf格式文件；
B、建立研究范围的三维GOCAD模型；
步骤一，将dxf地形线文件导入GOCAD软件；
步骤二，通过地形线生成数据点云及模型控制边界线；
步骤三，通过点云及边界线生成三维地形面；
步骤四，根据3DEC数值模拟要求，选定模型底部高程边界，建立三维模型；
C、建立研究范围的三维格栅SGrid模型；
步骤一，根据3DEC数值模拟特点，确定U、V、W(X、Y、Z)方向上格栅单元的数目，建立SGrid模型；
步骤二，在顶面（地形）及底面（模型底部边界）间对SGrid模型进行地形初始化，使SGrid成比例协调适应地形面。
D、建立3DEC数值模型；
步骤一，将SGrid模型保存*.xs格式，并在Opions中选择‘SGrid properties in aseparate ASCII file’选项，获得存储格栅节点坐标ASCII文件，基于ASCII文件SGrid格栅节点排序规律，通过编程技术获取ASCII文件中格栅节点三维坐标；实现了复杂地表模型的均匀离散网格化；
步骤二，结合3DEC自身建模命令，通过编程技术建立3DEC可读取的命令流文件，建立3DEC数值模型，实现常规三维模型向数值计算模型的转化。
本发明主要利用GOCAD格栅与边界面相一致功能，建立三维地形格栅模型，实现自然地形的均匀离散化。通过编程技术获得GOCAD三维格栅模型的节点坐标，并编写成3DEC可读取的命令流文件，从而快速有效的建立3DEC三维数值模型。
下面以一个具体的实施例对本发明作进一步的说明。
步骤一：按照上述步骤建立目标对象研究范围的三维模型，如图1所示；
步骤二：建立目标对象SGrid格栅模型；
（1）选择From objects box，选取模型底部边界为object控制模型边界，分布输入各方向上的格栅节点数目nu、nv、nw，如图2所示，图2根据Gocad2.08 UserGuide 编辑；
（2）从Tools工具下选择proportionally between Top and Botton，以地形面为Top面、模型底面为Botton面对SGrid进行地形初始化，建立SGrid模型，如图3所示；
步骤三：建立3DEC数值模型
（1）将SGrid模型保存的ascii码文件，其中I、J、K在空间上唯一确定了节点空间位置，I代表了X方向、J代表了Y方向、K代表了Z方向，x，y，z分别代表节点3个方向上的实际坐标，如图2、图4和图5所示。
（2）根据数据存储格式，首先进行X方向上节点遍历，在进行Y方向节点遍历，最后进行Z方向上节点遍历，使用编程技术读取ascii节点坐标文件，获取建模需要的格栅节点三维坐标数据，如图4和图5所示。
（3）基于3DEC堆砌建模思想，结合3DEC建模命令特点，运用编程技术将节点坐标数据写成3DEC可读取的命令流文件，在3DEC平台上call命令文件建立3DEC模型，如图6所示。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于GOCAD栅格模型的3DEC复杂地形建模方法，包括以下步骤：
1）确定研究对象范围，对范围内的地形线进行预处理；
1.1）确定待建模的复杂地形的范围；
1.2）对确定复杂地形的范围内的地形线进行预处理，所述预处理包括对地形线高程赋值、对局部起伏尖角地形进行处理、删除不相关实体，并存储为dxf格式地形线文件；
2）建立复杂地形的范围的三维GOCAD模型；
2.1）将dxf地形线文件导入GOCAD软件；
2.2）通过地形线生成数据点云及三维GOCAD模型控制边界线；
2.3）通过数据点云及三维GOCAD模型控制边界线生成三维地形面；
2.4）根据3DEC数值模拟要求，选定三维GOCAD模型底部高程边界，建立三维模型；
3）建立研究范围的三维格栅SGrid模型；
3.1）根据3DEC数值模拟特点，确定X、Y、Z方向上格栅单元的数目，建立SGrid模型；
3.2）在SGrid模型的顶面及底面间对SGrid模型进行地形初始化，使SGrid模型成比例协调适应地形面；
4）建立3DEC数值模型；
4.1）将SGrid模型保存为*.xs格式，并在Opions中选择‘SGrid properties in aseparate ASCII file’选项，获得存储格栅节点坐标ASCII文件，基于ASCII文件SGrid模型格栅节点排序规律，通过编程技术获取ASCII文件中格栅节点三维坐标；
4.2）结合3DEC自身建模命令，通过编程技术建立3DEC数值软件可读取的命令流文件，建立3DEC模型。
2.根据权利要求1所述的基于GOCAD栅格模型的3DEC复杂地形建模方法，其特征在于，所述步骤3.2）中顶面为地形面，底面为模型底部边界。
3.根据权利要求1所述的基于GOCAD栅格模型的3DEC复杂地形建模方法，其特征在于，所述步骤4.1）中，从存储格栅节点坐标ASCII文件获取ASCII文件中格栅节点三维坐标的过程如下： ASCII文件中，I、J、K在空间上唯一确定了节点空间位置，I代表了X方向节点位置、J代表了Y方向节点位置、K代表了Z方向节点位置，根据数据存储格式，首先进行X方向上的节点遍历，再进行Y方向上的节点遍历，最后进行Z方向上的节点遍历，使用编程技术读取ASCII节点坐标文件，获取3DEC数值模型建模需要的格栅节点三维坐标数据。
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