CN113128028B - 一种岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法，包括：输入岩土地层面的几何与地层属性参数、模型边界范围；设定工程结构体模型及其材料属性；建立岩土结构体系的三维几何模型；对岩土地层体与工程结构体进行面—面重叠处理；建立岩土结构一体化模型；输入单元网格划分的尺寸等参数；建立岩土结构体系的可计算模型；判定岩土地层体与结构体的重叠状态，形成岩土结构耦联体系；通过数值模拟得到耦联体系的应力场、位移场等；实现了岩土结构耦联体系从可视化模型到可计算模型的数据转化，提高了岩土结构分析效率，为施工设计一体化提供了有力的支撑。

Description

一种岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法

技术领域

本发明属于土木建筑、工程地质、水利水电、交通等岩土工程与防灾减灾工程技术领域，具体涉及一种岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法，适用于边坡、隧道与基坑等工程的建模与数值模拟分析。

背景技术

随着我国山区城镇化等国家战略实施，建筑、水利、交通领域的边坡、隧道、基坑等工程的规模快速发展。这些大规模边坡、隧道、基坑工程建设是以岩土地层为赋存环境，修建工程结构体。在工程运营过程中，岩土地层与工程结构的协调变形与相互作用是关键问题。岩土地层与工程结构作为一个体系，体系的可视化模型可以为施工人员提供直观的工程原型，便于工程建设；体系的可计算模型可以为设计人员提供明确的分析对象，便于参数校核。目前，岩土地层与工程结构体系的可视化模型可以借助Civil3D等软件将岩土地层数据、工程结构数据呈现给工程人员；岩土地层与工程结构体系的可计算模型可以借助Ansys、Abaqus等通用有限元软件实现。

然而，如何将岩土地层与工程结构体系的可视化模型转化为可计算模型，从而实现施工设计一体化是当前工程界与学术界的难题，其核心是将岩土地层与工程结构体整合为一个耦联体系。因此，亟需发展岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明要解决的是如何将岩土地层与工程结构体系的可视化模型转化为可计算模型的问题。

为了实现上述目的，本发明涉及：一种岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法，包括如下步骤，

步骤一、设定岩土地层面的几何与地层属性参数、模型边界范围；

步骤二、按体—面—线—点的几何拓扑关系建立工程结构体模型，给定每个工程结构体的材料属性，并将其赋予组成该结构体的所有面、点；

步骤三、采用模型边界切割岩土地层面，形成岩土地层体，并集成工程结构体，建立岩土结构体系的三维几何模型；

步骤四、针对所有的岩土地层体与工程结构体，如果存在面—面重叠，在几何上进行布尔运算处理，并对重叠面的地层或材料属性进行修正；

步骤五、针对所有的岩土地层体与工程结构体，对存在重叠的岩土地层体与结构体进行面—面布尔运算，通过回路分析得到岩土结构一体化模型，并对模型中的有向体、有向面、有限线段、顶点的地层或材料属性进行修正；

步骤六、设定单元网格划分的尺寸参数；

步骤七、针对岩土结构一体化模型，采用单元网格划分方法，建立岩土结构体系的可计算模型，并给每个单元赋予地层或材料属性；

步骤八、建立三维几何模型、一体化模型、可计算模型三者之间的拓扑相关关系，判定岩土地层体与结构体的重叠状态，形成岩土结构耦联体系；

步骤九、得到耦联体系的单元、面、线、点几何与属性参数；

步骤十、设定岩土物理力学参数、接触计算参数以及模型边界条件；

步骤十一、设置岩体—结构耦联体系的分析流程，采用数值模拟方法进行分步模拟，得到耦联体系的应力场、位移场等；

步骤十二、结束分析。

进一步的，所述步骤三中建立岩土结构体系的三维几何模型；该方法的具体步骤为：

步骤3.1、在统一三维坐标系下描述岩土地层面、模型边界、工程结构体模型；

步骤3.2、采用模型边界切割岩土地层面，去除岩土地层面在边界外的部分，剩下的岩土地层面与模型边界围成岩土地层体，根据岩土地层面的属性确定岩土地层体的属性；

步骤3.3、采用体—面—线—点的几何拓扑关系描述岩土地层体、工程结构体，建立岩土结构体系的三维几何模型。

进一步的，所述步骤四中岩土地层体与工程结构体的面—面重叠处理；该处理过程的具体步骤为：

步骤4.1、选取任意一个岩土地层体与一个工程结构体，开始面—面重叠分析，进入步骤4.2；若所有岩土地层体与工程结构体都分析完，进入步骤4.7；

步骤4.2、选取岩土地层体的一个面与工程结构体的一个面，进行共面分析，若所有面都分析完，进入步骤4.1；

步骤4.3、判断两个面是否共面，若不共面，进入步骤4.6；

步骤4.4、判断两个面的重叠状态，包括不重叠、部分重叠、包含三种状态，若为不重叠状态，进入步骤4.6；

步骤4.5、两个面为部分重叠或包含状态，对两个重叠面进行布尔运算，将重叠区域视为新的面(重叠面)，更新两个面的几何形态，并修正重叠面的地层或材料属性；

步骤4.6、两个面的重叠分析结束，进入步骤4.2；

步骤4.7、岩土地层体与工程结构体的面—面重叠分析结束。

进一步的，所述通过回路分析得到岩土结构一体化模型的具体方法为：

步骤5.1、选取任意一个岩土地层体与一个工程结构体，开始面—面分析，若所有岩土地层体与工程结构体都分析完，进入步骤5.4；

步骤5.2、选取岩土地层体的一个面与工程结构体的一个面，进行相交分析，若所有面都分析完，进入步骤5.1；

步骤5.3、计算面与面相交的点、线，将岩土地层体与工程结构体的面属性参数，设定给交点与交线，进入步骤5.2；

步骤5.4、岩土地层体与工程结构体的面—面分析结束；

步骤5.5、选取任意一个岩土地层体或工程结构体，进行有向面与有向体搜索；若所有岩土地层体与工程结构体都分析完，进入步骤5.14；否则进入步骤5.6

步骤5.6、选取岩土地层体或工程结构体的一个面，进行有向面搜索，若所有面都分析完，进入步骤5.11，否则进入步骤5.7；

步骤5.7、根据面上的有向线段，包括岩土地层体与工程结构体的线、面面之间的交线，搜索出所有闭合回路，每个闭合回路为一个有向环；

步骤5.8、通过判断面上有向环之间的包含关系，搜索面上所有的有向面；

步骤5.9、针对面上没有形成有向环的有向线段、顶点，将它们存储到对应的有向面；

步骤5.10、形成该面上的有向面—有向环—有向线段—顶点的几何拓扑关系，将面的属性继承给有向面，进入步骤5.6；

步骤5.11、根据岩土地层体或工程结构体上的有向面，搜索出所有闭合回路，每个闭合回路为一个有向壳；

步骤5.12、通过判断体上有向壳之间的包含关系，搜寻体上所有的有向体；

步骤5.13、形成该体上的有向体—有向壳—有向面的几何拓扑关系，将体的属性设定给有向体，进入步骤5.5；

步骤5.14、得到岩土结构一体化模型，结束分析。

进一步的，所述步骤七中建立岩土结构体系的可计算模型，的方法具体步骤为：

步骤7.1、将岩土结构一体化模型中的所有的有向面以列表形式(面集合、线段集合、点集合)展示，同时将有向面、有向线段、顶点的属性分别设定给列表中的面集合、线段集合、点集合；

步骤7.2、将设定的面—线—点视为边界约束条件，采用单元网格单元划分方法，对岩土结构一体化模型进行单元剖分，建立岩土结构体系的可计算模型，采用单元—面—线—点的几何拓扑关系描述；

步骤7.3、利用一体化模型中有向体的地层或材料属性给可计算模型的单元设定属性，利用列表中面集合、线段集合、点集合的地层或材料属性给可计算模型的面、线、点设定属性。

进一步的，所述步骤八中三维几何模型、一体化模型、可计算模型三者之间的拓扑相关关系，具体为：三维几何模型的几何拓扑关系为体—面—线—点，一体化模型的几何拓扑关系为有向体—有向壳—有向面—有向环—有向线段—顶点；

可计算模型的几何拓扑关系为单元—面—线—顶点；三维几何模型中的体由多个一体化模型的有向体、或多个可计算模型的单元组成，三者的岩土地层或工程结构属性一致；

三维几何模型中的面由多个一体化模型的有向面或多个可计算模型的面组成，三者的岩土地层或工程结构属性一致；三维几何模型中的线与顶点的属性与一体化模型中的有向线段、顶点属性设定相同。

进一步的，所述步骤八中的岩土结构耦联体系不仅包括岩土结构可计算模型中的所有单元，还包括这些单元之间的接触关系。

进一步的，所述单元之间的接触关系包括面接触、线接触与点接触，这些接触的辨识规则是该面或该线或该点同时有岩土地层体属性与工程结构体属性。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法，利用地质勘查给定的岩土地层参数以及施工设计采纳的工程结构参数，通过几何布尔运算、组合拓扑学分析、数值模拟等，建立了岩土结构体系的数字孪生模型；实现了岩土结构耦联体系从可视化模型到可计算模型的数据转化，提高了岩土结构分析效率；

(2)本发明的岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法，为施工设计一体化提供了有力的支撑。

附图说明

图1为本发明较佳实施例岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法的流程示意图。

图2为本发明较佳实施例岩土地层体与工程结构体的面—面重叠关系示意图(不重叠关系)。

图3为本发明较佳实施例岩土地层体与工程结构体的面—面重叠关系示意图(部分重叠关系)。

图4为本发明较佳实施例岩土地层体与工程结构体的面—面重叠关系示意图(包含关系)。

图5为本发明较佳实施例岩土结构耦联体系三类模型的拓扑关系示意图。

图6～图13为本发明较佳实施例岩土结构耦联体系从三维几何模型到可计算的转化实例；其中图6是输入的岩土地层及其边界模型；图7是工程结构体模型；图8是岩土结构体系的三维几何模型；图9是岩土结构一体化模型；图10、图11是岩土结构体系的可计算模型(图11是图10的部分揭开图)；图12是外力荷载作用下岩土结构体系响应的位移场示意图；图13是外力荷载作用下岩土结构体系响应的应力场示意图。

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，以下结合附图及实施例，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法，其实施流程如图1，具体实施步骤是：

A、输入岩土地层面的几何与地层属性参数、模型边界范围；

B、根据工程设计参数，建立三维工程结构体模型，按体—面—线—点的几何拓扑关系，设定工程结构体模型，给定每个工程结构体的材料属性，并将其赋予组成该结构体的所有面、点；

C、采用模型边界切割岩土地层面，形成岩土地层体，并集成工程结构体，建立岩土结构体系的三维几何模型，详细步骤如下：

步骤1、在统一三维坐标系下描述岩土地层面、模型边界、工程结构体模型；

步骤2、采用模型边界切割岩土地层面，删除岩土地层面在边界外的部分，剩下的岩土地层面与模型边界围成岩土地层体，根据岩土地层面的属性确定岩土地层体的属性；

步骤3、采用体—面—线—点的几何拓扑关系描述岩土地层体、工程结构体，建立岩土结构体系的三维几何模型。

D、针对所有的岩土地层体与工程结构体，如果存在面—面重叠，在几何上进行布尔运算处理，并对重叠面的地层或材料属性进行修正，详细步骤如下：

步骤1、选取任意一个岩土地层体与一个工程结构体，开始面—面重叠分析，若所有岩土地层体与工程结构体都分析完，进入步骤7；

步骤2、选取岩土地层体的一个面与工程结构体的一个面，进行共面分析，若所有面都分析完，进入步骤6；

步骤3、判断两个面是否共面，若不共面，进入步骤6；

步骤4、判断两个面的重叠状态，如图2中的面ABCD与面GHIJ，假设面ABCD为岩土地层体上的面，具有岩土地层属性，面GHIJ为工程结构体上的面，具有工程结构属性，它们可能存在不重叠、部分重叠、包含三种状态，若为不重叠状态，如图2，进入步骤F；

步骤5、两个面为部分重叠或包含状态，对两个重叠面进行布尔运算，将重叠区域视为新的面(重叠面)，更新两个面的几何形态，并修正重叠面的地层或材料属性。以图2为例分析该步骤的具体实施过程如下：

如图3为部分重叠状态，岩土地层体上的面ABCD更新为面ABCDKJIL、面IJKL两个面，其中面ABCDKJIL为岩土地层属性，而面IJKL同时具有岩土地层属性与工程结构属性；工程结构体上的面GHIJ更新为面GHLK、面IJKL两个面，其中面GHLK为工程结构属性，而面IJKL同时具有岩土地层属性与工程结构属性。

如图4为包含状态，岩土地层体上的面ABCD更新为面ABCD-IHGJ(ABCD为外环、IHGJ为内环)、面GHIJ两个面，其中面ABCD-IHGJ为岩土地层属性，而面GHIJ同时具有岩土地层属性与工程结构属性；工程结构体上的面GHIJ更新为同时具有岩土地层属性与工程结构属性。

步骤6、两个面的重叠分析结束，进入步骤2；

步骤7、岩土地层体与工程结构体的面—面重叠分析结束。

E、针对所有的岩土地层体与工程结构体，对存在重叠的岩土地层体与结构体进行面—面布尔运算，通过回路分析得到岩土结构一体化模型，并对模型中的有向体、有向面、有限线段、顶点的地层或材料属性进行修正，详细步骤如下：

步骤E1、选取任意一个岩土地层体与一个工程结构体，开始面—面分析，若所有岩土地层体与工程结构体都分析完，进入步骤E4；

步骤E2、选取岩土地层体的一个面与工程结构体的一个面，进行相交分析，若所有面都分析完，进入步骤E1；

步骤E3、计算面与面相交的点、线，将岩土地层体与工程结构体的面属性继承给交点与交线，进入步骤E2；

步骤E4、岩土地层体与工程结构体的面—面分析结束。

步骤E5、选取任意一个岩土地层体或工程结构体，进行有向面与有向体搜索，若所有岩土地层体与工程结构体都分析完，进入步骤E14；

步骤E6、选取岩土地层体或工程结构体的一个面，进行有向面搜索，若所有面都分析完，进入步骤E11；

步骤E7、根据面上的有向线段，包括岩土地层体与工程结构体的线、面面之间的交线，搜索出所有闭合回路，每个闭合回路为一个有向环；

步骤E8、通过判断面上有向环之间的包含关系，搜索面上所有的有向面；

步骤E9、针对面上没有形成有向环的有向线段、顶点，将它们存储到对应的有向面；

步骤E10、形成该面上的有向面—有向环—有向线段—顶点的几何拓扑关系，将面的属性继承给有向面，进入步骤E6；

步骤E11、根据岩土地层体或工程结构体上的有向面，搜索出所有闭合回路，每个闭合回路为一个有向壳；

步骤E12、通过判断体上有向壳之间的包含关系，搜索体上所有的有向体；

步骤E13、形成该体上的有向体—有向壳—有向面的几何拓扑关系，将体的属性继承给有向体，进入步骤E5；

步骤E14、得到岩土结构一体化模型，结束分析。

F、输入单元网格划分的尺寸等参数；

G、针对岩土结构一体化模型，采用单元网格划分方法，建立岩土结构体系的可计算模型，并给每个单元赋予地层或材料属性，详细步骤如下：

步骤G1、将岩土结构一体化模型中的所有的有向面以列表形式(面集合、线段集合、点集合)读入，同时将有向面、有向线段、顶点的属性分别继承给列表中的面集合、线段集合、点集合；

步骤G2、将输入的面—线—点视为边界约束条件，采用单元网格划分方法，例如采用四面体剖分算法对岩土结构一体化模型进行单元剖分，建立岩土结构体系的可计算模型，采用单元—面—线—点的几何拓扑关系描述；

步骤G3、利用一体化模型中有向体的地层或材料属性给可计算模型的单元赋属性，利用列表中面集合、线段集合、点集合的地层或材料属性给可计算模型的面、线、点赋属性。

H、建立三维几何模型、一体化模型、可计算模型三者之间的拓扑相关关系，判定岩土地层体与结构体的重叠状态，形成岩土结构耦联体系；

I、输出耦联体系的单元、面、线、点等几何与属性参数；

J、输入岩土物理力学参数、接触计算参数以及模型边界条件；

K、设置岩体—结构耦联体系的分析流程，采用数值模拟方法，如有限元、离散单元法、物质点等方法，进行分步模拟，得到耦联体系的应力场、位移场等；

L、结束分析。

上述二级标题涉及步骤逻辑的跳转，均只局限于自身一级标题内部。

通过上述步骤，可以建立岩土结构体系的数字孪生模型，包括三维几何模型、岩土结构一体化模型、岩土结构体系的可计算模型，并实现岩土结构耦联体系从可视化模型到可计算模型的数据转化。整个实施过程采用图3所示的拓扑关系示意图。其中三维几何模型的几何拓扑关系为体—面—线—点，一体化模型的几何拓扑关系为有向体—有向壳—有向面—有向环—有向线段—顶点，可计算模型的几何拓扑关系为单元—面—线—顶点；三维几何模型中的体由多个一体化模型的有向体、或多个可计算模型的单元组成，三者的岩土地层或工程结构属性一致；三维几何模型中的面由多个一体化模型的有向面、或多个可计算模型的面组成，三者的岩土地层或工程结构属性一致；三维几何模型中的线与顶点的属性可由一体化模型中的有向线段、顶点继承；岩土结构耦联体系包括岩土结构可计算模型中的所有单元以及这些单元之间的接触关系；单元之间的接触关系包括面接触、线接触与点接触，这些接触的辨识规则是该面或该线或该点同时有岩土地层体属性与工程结构体属性。

图6～图13为为采用上述步骤实现的一个岩土结构耦联体系从可视化到可计算的转化实例。图6是输入的岩土地层及其边界模型；图7是工程结构体模型；图8是岩土结构体系的三维几何模型；图9是岩土结构一体化模型，图10、图11是岩土结构体系的可计算模型；采用四面体剖分算法实现模型的单元剖分；图12是外力荷载作用下岩土结构体系响应的位移场示意图，图13是外力荷载作用下岩土结构体系响应的应力场示意图，采用的有限元方法模拟得到。通过这个实例的应用与分析，验证了本发明所提方法的有效性和实用性。

该方法立了岩土结构体系的三维几何模型、岩土结构一体化模型、岩土结构体系的可计算模型。与现有方法相比，本发明的方法建立了三维几何模型、一体化模型与可计算模型的几何拓扑关系与属性关联原则，实现了岩土结构耦联体系从可视化模型到可计算模型的数据转化。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、设定岩土地层面的几何与地层属性参数、模型边界范围；

步骤二、按体—面—线—点的几何拓扑关系建立工程结构体模型，给定每个工程结构体的材料属性，并将其赋予组成该结构体的所有面、点；

步骤三、采用模型边界切割岩土地层面，形成岩土地层体，并集成工程结构体，建立岩土结构体系的三维几何模型；

步骤四、针对所有的岩土地层体与工程结构体，如果存在面—面重叠，在几何上进行布尔运算处理，并对重叠面的地层或材料属性进行修正；该处理过程的具体步骤为：

步骤4.1、选取任意一个岩土地层体与一个工程结构体，开始面—面重叠分析，进入步骤4.2；若所有岩土地层体与工程结构体都分析完，进入步骤4.7；

步骤4.2、选取岩土地层体的一个面与工程结构体的一个面，进行共面分析，若所有面都分析完，进入步骤4.1；

步骤4.3、判断两个面是否共面，若不共面，进入步骤4.6；

步骤4.4、判断两个面的重叠状态，包括不重叠、部分重叠、包含三种状态，若为不重叠状态，进入步骤4.6；

步骤4.5、两个面为部分重叠或包含状态，对两个重叠面进行布尔运算，将重叠区域视为新的面，更新两个面的几何形态，并修正重叠面的地层或材料属性；

步骤4.6、两个面的重叠分析结束，进入步骤4.2；

步骤4.7、岩土地层体与工程结构体的面—面重叠分析结束

步骤五、针对所有的岩土地层体与工程结构体，对存在重叠的岩土地层体与结构体进行面—面布尔运算，通过回路分析得到岩土结构一体化模型，并对模型中的有向体、有向面、有限线段、顶点的地层或材料属性进行修正，详细步骤如下：

步骤5.1、选取任意一个岩土地层体与一个工程结构体，开始面—面分析，若所有岩土地层体与工程结构体都分析完，进入步骤5.4；

步骤5.2、选取岩土地层体的一个面与工程结构体的一个面，进行相交分析，若所有面都分析完，进入步骤5.1；

步骤5.3、计算面与面相交的点、线，将岩土地层体与工程结构体的面属性参数，设定给交点与交线，进入步骤5.2；

步骤5.4、岩土地层体与工程结构体的面—面分析结束；

步骤5.5、选取任意一个岩土地层体或工程结构体，进行有向面与有向体搜索；若所有岩土地层体与工程结构体都分析完，进入步骤5.14；否则进入步骤5.6

步骤5.6、选取岩土地层体或工程结构体的一个面，进行有向面搜索，若所有面都分析完，进入步骤5.11，否则进入步骤5.7；

步骤5.7、根据面上的有向线段，包括岩土地层体与工程结构体的线、面面之间的交线，搜索出所有闭合回路，每个闭合回路为一个有向环；

步骤5.8、通过判断面上有向环之间的包含关系，搜索面上所有的有向面；

步骤5.9、针对面上没有形成有向环的有向线段、顶点，将它们存储到对应的有向面；

步骤5.10、形成该面上的有向面—有向环—有向线段—顶点的几何拓扑关系，将面的属性继承给有向面，进入步骤5.6；

步骤5.11、根据岩土地层体或工程结构体上的有向面，搜索出所有闭合回路，每个闭合回路为一个有向壳；

步骤5.12、通过判断体上有向壳之间的包含关系，搜寻体上所有的有向体；

步骤5.13、形成该体上的有向体—有向壳—有向面的几何拓扑关系，将体的属性设定给有向体，进入步骤5.5；

步骤5.14、得到岩土结构一体化模型，结束分析；

步骤六、设定单元网格划分的尺寸参数；

步骤七、针对岩土结构一体化模型，采用单元网格划分方法，建立岩土结构体系的可计算模型，并给每个单元赋予地层或材料属性；

步骤八、建立三维几何模型、一体化模型、可计算模型三者之间的拓扑相关关系，判定岩土地层体与结构体的重叠状态，形成岩土结构耦联体系；

步骤九、得到耦联体系的单元、面、线、点几何与属性参数；

步骤十、设定岩土物理力学参数、接触计算参数以及模型边界条件；

步骤十一、设置岩体—结构耦联体系的分析流程，采用数值模拟方法进行分步模拟，得到耦联体系的应力场、位移场；

步骤十二、结束分析。

2.根据权利要求1所述的岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述步骤三中建立岩土结构体系的三维几何模型；该方法的具体步骤为：

步骤3.1、在统一三维坐标系下描述岩土地层面、模型边界、工程结构体模型；

步骤3.2、采用模型边界切割岩土地层面，去除岩土地层面在边界外的部分，剩下的岩土地层面与模型边界围成岩土地层体，根据岩土地层面的属性确定岩土地层体的属性；

步骤3.3、采用体—面—线—点的几何拓扑关系描述岩土地层体、工程结构体，建立岩土结构体系的三维几何模型。

3.根据权利要求1所述的岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述步骤七中建立岩土结构体系的可计算模型，的方法具体步骤为：

步骤7.1、将岩土结构一体化模型中的所有的有向面以列表形式展示，同时将有向面、有向线段、顶点的属性分别设定给列表中的面集合、线段集合、点集合；

步骤7.2、将设定的面—线—点视为边界约束条件，采用单元网格单元划分方法，对岩土结构一体化模型进行单元剖分，建立岩土结构体系的可计算模型，采用单元—面—线—点的几何拓扑关系描述；

步骤7.3、利用一体化模型中有向体的地层或材料属性给可计算模型的单元设定属性，利用列表中面集合、线段集合、点集合的地层或材料属性给可计算模型的面、线、点设定属性。

4.根据权利要求1所述的岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法其特征在于，所述步骤八中三维几何模型、一体化模型、可计算模型三者之间的拓扑相关关系，具体为：三维几何模型的几何拓扑关系为体—面—线—点，一体化模型的几何拓扑关系为有向体—有向壳—有向面—有向环—有向线段—顶点；

可计算模型的几何拓扑关系为单元—面—线—顶点；三维几何模型中的体由多个一体化模型的有向体、或多个可计算模型的单元组成，三者的岩土地层或工程结构属性一致；

三维几何模型中的面由多个一体化模型的有向面或多个可计算模型的面组成，三者的岩土地层或工程结构属性一致；三维几何模型中的线与顶点的属性与一体化模型中的有向线段、顶点属性设定相同。

5.根据权利要求1所述的岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述步骤八中的岩土结构耦联体系不仅包括岩土结构可计算模型中的所有单元，还包括这些单元之间的接触关系。

6.根据权利要求5所述的岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述单元之间的接触关系包括面接触、线接触与点接触，这些接触的辨识规则是该面或该线或该点同时有岩土地层体属性与工程结构体属性。

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