CN111553007B - 一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法，包括：通过边坡三维地质模型获取二维坡面线对象，并对边坡二维坡面线对象按照对象树进行管理；对象树上的各个地质对象按照对象类别及名称进行管理，同时获取各个地质对象对应的属性信息；根据实际工程需求，对对象树中各个地质对象进行对应的组合搭配；定义代表边坡计算剖面范围的矩形框；将剖面线对象与矩形方框之间进行裁剪封闭；重复上述所有步骤，根据对象树中各个地质对象不同的组合搭配，生成对应不同的几何工况。本发明可以对边坡的多个影响因素进行随机搭配，能够组合形成各种符合实际需要的工况，来模拟边坡的工程地质条件，减少了重复的创建工作，大大提高了效率。

Description

一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种在边坡二维计算剖面中自动生成多种几何工况的方法。
背景技术
边坡是自然或人工形成的斜坡，是人类工程活动中最基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式之一。边坡的稳定与否直接关系到工程场地稳定性、适宜性，是勘察设计过程需要重点验证的项目，实际工作中我们需要验证自然边坡的稳定性，有时也需要计算边坡开挖之后的稳定性，来确保施工期间、正常使用过程中的安全。边坡稳定是一个综合性问题，影响的因素众多，包括：地形(坡高、坡度)，地层岩性(岩体、土体)，结构面(断裂、优势节理组)，地下水(水位埋深)，设计加固措施等。
在进行边坡稳定性计算时，这些影响因素需要经过充分的论证，根据实际情况进行取舍、选择，例如天然地形或开挖地形，不同结构面控制，岩土体饱和或干燥，边坡有无加固措施等代表的边坡的工况截然不同，计算的结果也不同。多种因素组合形成多种工况，目前对于边坡的多种工况计算的解决方案是：新建多个文件，分别导入代表相应工况的几何图形文件，分别进行地质属性赋值，最后进行边坡稳定计算。
目前的实现过程非常繁琐，针对每一种工况需要操作一次，中间存在大量重复的工作，既降低了工作的效率，也增加了过程的出错概率。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的。
本发明提出的技术方案如下：
一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法，包括：
S100.获取边坡三维地质模型，对地质三维模型进行剖切处理，得到边坡二维剖面，根据边坡二维剖面，得到边坡二维坡面线对象，并对边坡二维坡面线对象按照对象树进行管理；
S200.对象树上的各个地质对象按照对象类别及名称进行管理，同时获取各个地质对象对应的属性信息；
S300.根据实际工程需求，对对象树中各个地质对象进行对应的组合搭配，同时将对应地质属性值也依附在剖面线对象上。
S400.定义代表边坡计算剖面范围的矩形框，若矩形框超出地质对象，则自动延长直至超出矩形范围，以便裁剪；
S500.将剖面线对象与矩形方框之间进行裁剪封闭，形成一个个的封闭填充区域，所属封闭填充区域代表当前几何工况；
S600.重复S300-S500，根据对象树中各个地质对象不同的组合搭配，生成对应不同的几何工况。
进一步的，所述S100具体包括：
一种将边坡三维地质模型转换为二维计算坡面的方法，其特征在于，包括：
S101.获取边坡三维地质模型，所述边坡三维地质模型包括地表面、地层底面、边坡开挖面；
S102.对所述边坡三维地质模型的地质面进行属性赋值，将当前面属性传递到对应面的网格节点上；
S103.创建剖面线，根据剖面线坐标，得到剖面线所在竖直面方程，得到当前三维模型里所有网格面节点的最大最小高程值；
S104.构建空间立方体对边坡模型中的某一面对象的三角网格进行检索，根据预设规则对三角网格进行删选，得到该面对象的新网格面；
S105.对新网格面的三角网格与剖面进行求交计算，得到该网格面与剖面的所有交点坐标，依次连接交点即可得出网格面与剖面的交线，同时把当前面三角网格节点的属性也传递到交点上，将所有交点都附有当前面对象的属性数据；
S106.提取当前面对象所有的交点坐标、剖面线端点的坐标，将交点坐标z转化为y，水平方向上与剖面线端点的距离转化为x，通过转化后的坐标绘制二维剖面上的线段，同时将交点的属性值也传递到该线段上；
S107.将边坡三维地质模型的其他面对象重复S104-S106的步骤，创建生成边坡二维计算剖面。
进一步地，所述S104中，构建空间立方体方法为：遍历三维模型里所有网格面，得到三角网格的最大边长dmax，然后对S103中的剖面沿垂直方向正反进行平移，平移距离可设置为dmax+1，得到另外两个与剖面平行的竖直面方程P1、P2，根据最小高程值、最大高程值可以得到两个水平面：G1、G2，通过P1、P2、G1、G2得到一个空间立方体。
进一步地，所述边坡三维地质模型具有能够影响边坡稳定性的所有的地质对象，至少包括：：地形，地层岩性，结构面，地下水，设计加固措施。
进一步地，边坡二维坡面线对象包括“地形”、“地层岩性”、“地下水位”、“断裂”、“优势节理组”、“设计支护措施”。
进一步地，地形为天然地形和开挖地形，地层岩性按照实际揭露的地层岩性种类划分，地下水位分为丰水位、平水位、初始水位、终孔稳定水位、暴雨工况水位，断裂和优势节理组按照实际揭露的组数进行划分，设计支护措施则可划分为土钉、锚索、格构梁。
进一步地，所述地质对象属性信息至少包括黏聚力、内摩擦角、容重。
进一步地，所述封闭填充区域，每一个区域代表一个岩土层，且带有相应地层岩性的地质属性值。
进一步地，所述实际工程需求至少包括天然边坡在暴雨工况、天然边坡、暴雨工况、系统支护完成工况。
相对于现有的技术手段，本发明的有益效果如下：本发明提供一种在边坡二维计算剖面中自动生成多种几何工况的方法，该方法可以对边坡的多个影响因素进行随机搭配，能够组合形成各种符合实际需要的工况，来模拟边坡的工程地质条件，减少了重复的创建工作，大大提高了效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例1中.一种在边坡二维计算剖面中自动生成多种几何工况的方法流程图；
图2是本发明实施例1中，创建的自然边坡工况结构图；
图3是本发明实施例1中，创建的开挖边坡工况结构图。
具体实施方式
实施例1
本实施例公开了一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法，包括：
S100.获取边坡三维地质模型，对地质三维模型进行剖切处理，得到边坡二维剖面，根据边坡二维剖面，得到边坡二维坡面线对象，并对边坡二维坡面线对象按照对象树进行管理；
具体的，所述S100具体包括：
S101.获取边坡三维地质模型，所述边坡三维地质模型包括地表面、地层底面、边坡开挖面；
所述三维地质模型可以由技术人员在实际地质资料的基础上，通过三维建模软件构建，也可以直接从外部导入而来，在此不进行限制
S102.对所述边坡三维地质模型的地质面进行属性赋值，将当前面属性传递到对应面的网格节点上；
在本实施例中，所述地质面包括地层岩性、断层等，对地质面进行属性赋值包括黏聚力、内摩擦角、容重等。对于不同地质面，属性赋值随之不同。
S103.创建剖面线，根据坡面线坐标，得到剖面线所在竖直面方程，得到当前三维模型里所有网格面节点的最大最小高程值；
具体的，可以在模型显示窗口任意绘制一条线段，也可直接导入现有的勘探线作为剖面线，由于剖面线坐标均已知，故剖面线所在竖直面方程可表示为P0：Ax+By+C＝0，zmin≤z≤zmax，x、y的值域为线段端点的范围值，zmin、zmax可拾取三维模型里所有网格面节点的最大、最小高程值。
S104.构建空间立方体对边坡模型中的某一面对象的三角网格进行检索，根据预设规则对三角网格进行删选，得到该面对象的新网格面；
具体的，构建空间立方体方法为：遍历三维模型里所有网格面，得到三角网格的最大边长dmax，然后对步骤二中的剖面沿垂直方向正反进行平移，平移距离可设置为dmax+1，得到另外两个与剖面平行的竖直面方程P1、P2，同样根据zmin、zmax可以得到两个水平面：G1、G2，通过P1、P2、G1、G2就可以绘制一个空间立方体。
根据预设规则对三角网格进行删选，得到该面对象的新网格面的方法为：通过该立方体范围对边坡模型中的某一面对象的三角网格进行检索，当且仅当三角网格里的三个节点均落在立方体范围内，记录该三角网格的编号，将这些编号汇总存储起来，绘制该面对象的新网格面，新网格面即裁剪后的网格面。
S105.对新网格面的三角网格与剖面进行求交计算，得到该网格面与剖面的所有交点坐标，依次连接交点即可得出网格面与剖面的交线，同时把当前面三角网格节点的属性也传递到交点上，将所有交点都附有当前面对象的属性数据；
具体的，面对象新网格面的三角网格与剖面进行求交计算，某一面对象新网格面的三角网格节点坐标：A1(x1,y1,z1)、A2(x2,y2,z2)、A3(x3,y3,z3)，交点坐标：J1(x1+λ(x2-x1),y1+λ(y2-y1),z1+λ(z2-z1))、J2(x3+β(x2-x3),y3+β(y2-y3),z3+β(z2-z3))，将坐标代入到剖面方程中就可求解处J1、J2的坐标值，对该对象新网格面的每个三角网格进行如上操作即可求解出该网格面与剖面的所有交点坐标，依次连接交点即可得出网格面与剖面的交线，其他的面对象重复上述操作。
S106.提取当前面对象所有的交点坐标、剖面线端点的坐标，将交点坐标z转化为y，水平方向上与剖面线端点的距离转化为x，通过转化后的坐标绘制二维剖面上的线段，同时将交点的属性值也传递到该线段上；
S107.将边坡三维地质模型的其他面对象重复S103-S106的步骤，创建生成边坡二维计算剖面。通过所述步骤，完成了三维面对象向二维线段的转化，绘制完成地表线、开挖线、地质线，同时地质线携带该地质面的属性值。通过所述S101-S107步骤，将边坡三维地质模型得到边坡二维坡面线对象。
在一些优选实施例中，所述边坡三维地质模型具有能够影响边坡稳定性的所有的地质对象，至少包括：地形，地层岩性，结构面，地下水，设计加固措施。
S200.对对象树上的各个地质对象按照对象类别及名称进行管理，同时获取各个地质对象对应的属性信息。
在一些实施例中，边坡二维坡面线对象包括“地形”、“地层岩性”、“地下水位”、“断裂”、“优势节理组”、“设计支护措施”。
具体的，地形为天然地形和开挖地形，地层岩性按照实际揭露的地层岩性种类划分，地下水位分为丰水位、平水位、初始水位、终孔稳定水位、暴雨工况水位，断裂和优势节理组按照实际揭露的组数进行划分，设计支护措施则可划分为土钉、锚索、格构梁。
S300.根据实际工程需求，对对象树中各个地质对象进行对应的组合搭配，同时将对应地质属性值也依附在剖面线对象上。
具体的，例如，将天然地形和暴雨工况组合计算，就代表了天然边坡在暴雨工况下的边坡稳定性，如再勾选支护措施，则代表天然边坡、暴雨工况、系统支护完成后边坡的稳定性，以此类推，搭配完成后，勾选的地质对象被显示，未勾选的将被隐藏，同时地质属性值也要求被依附在剖面线对象上。
S400.定义代表边坡计算剖面范围的矩形框，若矩形框超出地质对象，则自动延长直至超出矩形范围，以便裁剪。
S500.将剖面线对象与矩形方框之间进行裁剪封闭，形成一个个的封闭填充区域，所属封闭填充区域代表当前几何工况；保存目前的组合搭配，地质对象中代表地形及地层岩性的线对象与矩形方框之间进行裁剪封闭，形成一个个的封闭填充区域，每一个区域代表一个岩土层，且带有相应地层岩性的地质属性值。自此构建完成一个代表特定地质条件的边坡，即创建完成一种几何工况。
S600.重复S300-S500，根据对象树中各个地质对象不同的组合搭配，生成对应不同的几何工况。可以理解的，通过S300不同的搭配，可以得到不同的工程工况，构造不同环境下边坡稳定性计算环境。
本实施例提供了一种在边坡二维计算剖面中自动生成多种几何工况的方法，该方法可以对边坡的多个影响因素进行随机搭配，能够组合形成各种符合实际需要的工况，来模拟边坡的工程地质条件，减少了重复的创建工作，大大提高了效率。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示非排它性的“或者”。

Claims (7)

1.一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法，其特征在于，包括：
S100.获取边坡三维地质模型，对边坡三维地质模型进行剖切处理，得到边坡二维剖面，根据边坡二维剖面，得到边坡二维剖面线对象，并对边坡二维剖面线对象按照对象树进行管理；
S200.对象树上的各个地质对象按照对象类别及名称进行管理，同时获取各个地质对象对应的属性信息；
S300.根据实际工程需求，对对象树中各个地质对象进行对应的组合搭配，同时将对应地质属性值也依附在剖面线对象上；
S400.定义代表边坡二维计算剖面范围的矩形方框，若矩形方框超出地质对象，则自动延长直至超出矩形范围，以便裁剪；
S500.将剖面线对象与矩形方框之间进行裁剪封闭，形成一个个的封闭填充区域，所属封闭填充区域代表当前几何工况；
S600.重复S300-S500，根据对象树中各个地质对象不同的组合搭配，生成对应不同的几何工况；
所述S100具体包括：
S101.获取边坡三维地质模型，所述边坡三维地质模型包括地表面、地层底面、边坡开挖面；
S102.对所述边坡三维地质模型的地质面进行属性赋值，将当前面属性传递到对应面的网格节点上；
S103.创建剖面线，根据剖面线坐标，得到剖面线所在竖直面方程，得到当前边坡三维地质模型里所有网格面节点的最大最小高程值；
S104.构建空间立方体对边坡三维地质模型中的某一面对象的三角网格进行检索，根据预设规则对三角网格进行删选，得到该面对象的新网格面；所述S104中，构建空间立方体方法为：遍历边坡三维地质模型里所有网格面，得到三角网格的最大边长dmax，然后对S103中的剖面沿垂直方向正反进行平移，平移距离设置为dmax+1，得到另外两个与剖面平行的竖直面方程P1、P2，根据最小高程值、最大高程值得到两个水平面：G1、G2，通过P1、P2、G1、G2得到一个空间立方体；根据预设规则对三角网格进行删选，得到该面对象的新网格面的方法为：通过该立方体范围对边坡三维地质模型中的某一面对象的三角网格进行检索，当且仅当三角网格里的三个节点均落在立方体范围内，记录该三角网格的编号，将这些编号汇总存储起来，绘制该面对象的新网格面，新网格面即裁剪后的网格面；
S105.对新网格面的三角网格与剖面进行求交计算，得到该新网格面与剖面的所有交点坐标，依次连接交点即可得出新网格面与剖面的交线，同时把当前面三角网格节点的属性也传递到交点上，将所有交点都附有当前面对象的属性数据；
S106.提取当前面对象所有的交点坐标、剖面线端点的坐标，将交点坐标z转化为y，水平方向上与剖面线端点的距离转化为x，通过转化后的坐标绘制二维剖面上的线段，同时将交点的属性值也传递到该线段上；
S107.将边坡三维地质模型的其他面对象重复S102-S106的步骤，创建生成边坡二维计算剖面。
2.如权利要求1所述的一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法，其特征在于，所述边坡三维地质模型具有能够影响边坡稳定性的所有的地质对象，至少包括：地形，地层岩性，结构面，地下水，设计加固措施。
3.如权利要求1所述的一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法，其特征在于，边坡二维剖面线对象包括“地形”、“地层岩性”、“地下水位”、“断裂”、“优势节理组”、“设计支护措施”。
4.如权利要求3所述的一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法，其特征在于，地形为天然地形和开挖地形，地层岩性按照实际揭露的地层岩性种类划分，地下水位分为丰水位、平水位、初始水位、终孔稳定水位、暴雨工况水位，断裂和优势节理组按照实际揭露的组数进行划分，设计支护措施划分为土钉、锚索、格构梁。
5.如权利要求1所述的一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法，其特征在于，所述地质对象属性信息至少包括黏聚力、内摩擦角、容重。
6.如权利要求1所述的一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法，其特征在于，所述封闭填充区域，每一个区域代表一个岩土层，且带有相应地层岩性的地质属性值。
7.如权利要求1所述的一种在边坡二维计算剖面中自动生成几何工况的方法，其特征在于，所述实际工程需求至少包括天然边坡在暴雨工况、天然边坡、暴雨工况、系统支护完成工况。
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