CN115758792A - 一种基于数字数值一体化的地质灾害评估方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于数字数值一体化的地质灾害评估方法及装置，本发明首先基于收集的地质信息数据，建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型，然后将所述三维地质模型数值化得到数值模型，通过所述数值模型计算得到评估区域的应力场，再将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型，最后基于所述数字数值一体化地质信息模型对不同地质灾害进行评估，得到评估结果。本发明实施例提供的基于数字数值一体化的地质灾害评估方法，将三维地质模型的数据简便应用在数值模拟处理过程中，结合了EVS强大的三维地质建模能力和FLAC^3D数值模拟强大的计算能力，使得对地质灾害的评估更加简便、准确。

Description

一种基于数字数值一体化的地质灾害评估方法及装置

技术领域

本申请涉及地质灾害评估技术领域，具体涉及一种基于数字数值一体化的地质灾害评估方法及装置。

背景技术

施工过程中突发地质灾害会对人类生命财产造成巨大损失，因此对施工区域进行地质灾害评估对工程项目的规范和决策具有重要意义。随着地质工程信息化的不断发展，数值模拟技术以及三维地质建模技术在岩土工程地质灾害的评估方面运用越来越广泛。

在先前技术中，通常是根据现实地质情况构建三维地质模型，通过三维地质模型更加直观、准确地展示场地地质情况，或通过数值模拟技术对灾害过程进行模拟。

数值模拟技术以及三维地质建模技术都是地质灾害评估的重要分析工具，然而。目前三维地质模型的数据难以简便应用在数值模拟处理过程中。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种基于数字数值一体化的地质灾害评估方法及装置，可以克服或者部分解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于数字数值一体化的地质灾害评估方法，其特征在于，所述方法包括：

基于收集的地质信息数据，建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型；

将所述三维地质模型数值化得到数值模型；

通过所述数值模型计算得到评估区域的应力场；

将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型；

基于所述数字数值一体化地质信息模型对不同地质灾害进行评估，得到评估结果。

可选地，所述建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型，包括：

基于所述地质信息数据，通过EVS建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型。

可选地，所述将所述三维地质模型数值化得到数值模型，包括：

通过EVS将所述三维地质模型导出为dxf格式文件，得到岩性模型的dxf格式文件以及断层模型的dxf格式文件；

将所述岩性模型的dxf格式文件转换为flac3d格式文件；

将所述岩性模型的flac3d格式文件以及所述断层模型的dxf格式文件导入FLAC^3D得到所述FLAC^3D数值模型。

可选地，所述将所述岩性模型的dxf格式文件转换为flac3d格式文件，包括：

将所述岩性模型的dxf格式文件转换为stl格式文件；

对所述岩性模型的stl格式文件进行剖分得到四面体剖分结果；

通过接口程序将所述四面体剖分结果转换为flac3d格式文件；

其中，所述岩性模型的四面体剖分结果包括四面体单元的节点坐标数据和节点连接数据。

可选地，所述对所述岩性模型的stl格式文件进行剖分得到四面体剖分结果，包括：

确定所述岩性模型中的剖面线位置，得到剖面；

将所述剖面处理为平面直线图形式；

通过接口程序将所述处理后的岩性模型的stl格式文件导入MeshPy进行网格剖分，得到四面体剖分结果。

可选地，所述对所述岩性模型的stl格式文件进行剖分得到四面体剖分结果之前，还包括：

通过meshlab软件去除所述岩性模型中重合的表面数据。

可选地，所述通过接口程序将所述四面体剖分结果转换为flac3d格式文件,包括：

获取储存四面体网格剖分结果的node文件和ele文件；

将所述node文件和ele文件输出为flac3d格式文件。

可选地，所述将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型，包括：

通过接口转换程序将所述应力场的数据转换为APDV文件格式；

将所述APDV文件格式的应力场的数据导入EVS；

将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型。

可选地，所述基于所述数字数值一体化地质信息模型对不同地质灾害进行评估，得到评估结果之后，还包括：

对所述评估结果进行可视化展示。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于数字数值一体化的地质灾害评估装置，其特征在于，所述装置包括：

模型建立模块，用于基于收集的地质信息数据，建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型；

数值化模块，用于将所述三维地质模型数值化得到数值模型；

应力场计算模块，用于通过所述数值模型计算得到评估区域的应力场；

添加模块，用于将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型；

评估模块，用于基于所述数字数值一体化地质信息模型对不同地质灾害进行评估，得到评估结果。

首先，本发明实施例基于收集的地质信息数据，建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型，然后将所述三维地质模型数值化得到数值模型，通过所述数值模型计算得到评估区域的应力场，再将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型，实现了将三维地质模型的数据应用在数值模拟处理过程中。本方案基于所述数字数值一体化多元地质信息模型对不同地质灾害进行评估，结合了EVS强大的三维地质建模能力和FLAC^3D数值模型强大的计算能力，可以满足用户对复杂计算结果的分析。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种基于数字数值一体化的地质灾害评估方法的步骤流程图；

图2是本申请实施例提供的一种隧道涌水量信息建模可视化编程及模块功能介绍图；

图3是本申请实施例提供的一种围岩分级模型的示意图；

图4是本申请实施例提供的一种对隧道地质信息模型添加应力场流程图；

图5是本申请实施例提供的一种隧道岩爆强度应力比计算值模型；

图6是本申请实施例提供的一种隧道左线大变形围岩强度应力比计算值模型；

图7是本申请实施例提供的一种隧道右线大变形围岩强度应力比计算值模型；

图8是本申请实施例提供的一种PSLG的示意图；

图9是本申请实施例提供的一个三维PLC的示意图；

图10是本申请实施例提供的一种FLAC^3D中默认的坐标系示意图；

图11是本申请实施例提供的一种模型数据转换流程示意图；

图12是本申请实施例提供的一种模型可视化展示流程示意图；

图13是本申请实施例提供的一种三维岩性模型的多图层展示示意图；

图14是本申请实施例提供的一种地应力场信息模型的多图层展示示意图；

图15是本申请实施例提供的一种基于数字数值一体化的地质灾害评估装置的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例中，首先介绍地质分析方面的相关基础：

EVS(Earth Volumetric Studio，地质建模软件)是一款适用于地球科学领域的3D建模分析软件，可实现真三维的地质体数据建模、分析及可视化。EVS建立的模型可以真实反映地质构造形态、构造关系及地质体内部属性变化规律；可对模型进行任意形式的切割，以便多角度观察研究。EVS可以用来分析多种环境中各种类型的地球物理数据，满足地质学、地球化学、环境学、探矿工程、海洋学以及考古学等多方面的需求。

FLAC^3D(Fast Lagrangian Analysis of Continua 3D，连续3D体的快速拉格朗日分析)是美国ITASCA公司开发的一款仿真计算软件，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。FLAC^3D通过调整三维网格中的多面体单元来拟合实际的结构。

Cesium平台是由JavaScript语言开发的一个地理空间信息可视化的开源库，该库最早由AGI(Analytical Graphics公司)于2011年创立。Cesium基于WebGL开发，通过WebGL进行图形的渲染，正是因为Cesium是由WebGL开发的三维虚拟地球引擎，它有两点优势：1.可以通过浏览器实现三维图形的绘制，且不需要安装任何插件。2.支持Windows/MAC OS等操作系统，适用于多种浏览器。

参照图1，图1示出了本发明实施例的一种基于数字数值一体化的地质灾害评估方法的步骤流程图。所述方法包括：

步骤101：基于收集的地质信息数据，建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型。

在本申请实施例中，所述地质信息数据包括建立三维地质模型以及多种地质信息模型所需要的特定地质信息数据，例如钻孔数据、DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)数据、剖面图、地温数据、岩石力学参数、水文地质数据、围岩分级数据及地应力数据等。这些数据可以通过勘察资料和实验得到。

所述三维地质模型就是将地质、测井、地球物理资料和各种数据或概念综合在一起生成的三维定量随机模型，实质是一个三维网格体，网格中的每一个节点都有一系列的属性，比如孔隙度等。

步骤102：将所述三维地质模型数值化得到数值模型。

在本申请实施例中，所述数值模型可以是FLAC^3D数值模型。将所述三维地质模型数值化得到FLAC^3D数值模型，所述数值化即数据格式的转换，将EVS建立的所述三维地质模型的数据转换为FLAC^3D数值模型可以计算的数据格式，这样的方案可以结合EVS强大的三维地质建模能力和FLAC^3D数值模型强大的计算能力。

步骤103：通过所述数值模型计算得到评估区域的应力场。

本申请实施例中，可以使用地应力场的反演分析法进行应力场的计算。地应力场的反演分析方法主要是根据应力试算法来进行，对模型的四个侧面设置固定边界条件或应力边界，对模型的底面设置为固定边界以限制模型Z方向的位移，构造应力以应力边界的方式对模型施加，以模拟区域内的构造应力，设置的应力边界的方向和量值应与区域背景构造应力相符合。根据上述边界条件，通过不断对比试算结果与实测结果，直到当测点的计算结果与实测地应力量值达到最大程度的拟合时，则认为此时的边界条件能够较为真实的符合实际情况。

步骤104：将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型。

将计算得到的应力场作为一个属性添加到多元地质信息模型即实现了将所述应力场添加到所述多元地质信息模型，将导出保存为APDV文件格式地应力数据导入至EVS中，利用krig_3d模块将计算结果与前述所建立的地质模拟结合，得到数字数值一体化多元地质信息模型，方便对高地应力诱发灾害的分析。图4是本申请实施例提供的一种对隧道多元地质信息模型添加应力场流程图，参见图4，具体示例如下：

1、利用read_lines模块导入隧道轴线数据以及隧道轴线上用于灾害分析的单元数据并利用poly_spline模块平滑轴线；

2、将导入的单元数据使用interp_cell_data模块映射至平滑后的隧道轴线上；

3、使用interp_cell_data模块将岩性模型的岩性信息映射至隧道轴线上；

4、场信息属于节点数据，故使用interp_data模块将地应力场信息映射至隧道轴线上；

5、最后使用cell_to_node模块将隧道轴线上的单元数据转换为节点数据。

步骤105：基于所述数字数值一体化地质信息模型对不同地质灾害进行评估，得到评估结果。

根据不同的地质灾害，选择不同的数字数值一体化地质信息模型进行灾害评估，在本实施例中，可以是通过隧道多元地质信息的数字数值一体化模型进行高地应力诱发灾害的分析，具体过程为：先使用node_computation模块对获得的节点数据进行计算，得到隧道轴线上各区域的灾害分析结果；然后采用cross_section_tubes模块读取node_computation模块中的计算结果实现隧道高地应力诱发灾害分析结果的三维建模。

具体的，对于岩爆灾害分析，本实施例可以选用陶振宇判据的方法，在此不做限定。陶振宇判据的方法主要根据σ_c/σ₁的比值来讨论岩爆等级，其中σ_c为岩石单抽抗压强度，σ₁为原岩最大主应力。岩爆等级的判断依据如下：

通过得到的隧道多元地质信息的数字数值一体化模型进行分析，利用node_computation模块计算隧道轴线上的强度应力比值，利用cross_section_tubes模块建立隧道模型，为获得较好的显示效果，可以将隧道洞径进行适当增加，最终得到各个里程段的岩爆等级强度。图5为本申请实施例提供的一种隧道岩爆强度应力比计算值模型。通过图5可以直观看出各里程段发生岩爆的可能性，进而对实际工程进行分析和预测。

对于隧道大变形灾害分析，本申请实施例选用《铁路隧道设计规范》(TB10003-2016)给出的岩石力学判据预测方法对软岩大变形的分级的方法，表1为《铁路隧道设计规范》(TB 10003-2016)给出的对软岩大变形的分级表：

表1大变形分级表(《铁路隧道设计规范》(TB 10003-2016))

由表1可知，发生大变形的等级主要取决于围岩强度Rb与最大主应力σmax，而围岩强度并不等同于围岩的岩石强度。围岩的强度主要受岩石强度和地质构造两个因素的影响。本实施例可以采用贾学斌(2016)给出的围岩强度受地质构造的影响参数，根据相应地质构造所处区域对该区域岩石的单轴饱和抗压强度进行换算便可以求得该区域围岩的强度Rb。表2为贾学斌给出的地质构造对岩体强度影响程度表：

表2地质构造对岩体强度影响程度表(贾学斌，2016)

通过对隧道区域的软岩岩石试验数据的统计，假设将隧道区域内的主要软岩岩层中的岩石抗压强度RC取为20Mpa，通过ELF文件将隧道各分段的岩石单轴饱和抗压强度转化系数以单元数据的形式导入至软件中，为使获得的分析结果更加精确，利用cell_to_node模块将单元数据转换为节点数据；然后利用node_computation模块计算隧道不同区域的围岩强度应力比值，得到的计算结果模型。

图6为隧道左线大变形围岩强度应力比计算值模型，图7为隧道右线大变形围岩强度应力比计算值模型。其中，计算模型中岩性为变质砂岩的岩层不对其进行大变形分析。隧道穿过的断层区域，断层区域的节点数据需要单独计算，根据附表，断层区域的转换系数取0.33，隧道经过的断层区域的最大主应力值约为15MPa。通过计算得到断层区域的围岩强度应力比值约为0.44，故隧道左右线经过的断层区域可能发生Ⅰ级大变形，按照此方法依次分析和预测隧道各里程段的围岩大变形情况。

本申请实施例中，所述三维地质模型包括不含断层的岩性模型和断层模型；所述多元地质信息模型包括至少一种地质信息模型。

可选地，所述步骤101，包括：

基于所述地质信息数据，通过EVS建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型。

所述通过EVS建立评估区域的三维地质模型可以是根据钻孔数据和DEM数据利用指示克里金法建立工程区域的三维地质模型。所述钻孔数据包含有钻孔编号、钻孔点的X坐标与Y坐标、钻孔中每个岩性分界面的深度或者高程、以及对应段落的岩性等。所述DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)数据是对地形表面形态的数字化表达。DEM数据我们可以借助国内的一些GIS(Geographic Information System,地理信息系统)软件获得。

表3是本申请实施例提供的一种钻孔数据文件格式示例，其中岩性顶面标高、岩性底面标高也可以改为岩性分界面的深度，若改为岩性分界面的深度，则需另外增加一列钻孔孔口标高的数据。当钻孔数据编制好后，便需要使用EVS将其转换PGF文件，根据转换得到的PGF文件利用make_geo_hierarchy模块对钻孔中的层序进行划分，便可以得到GMF文件，将得到的GMF文件导入至krig_3d_geology模块中便可以进行地层建模。若需要使用钻孔数据来建立岩性模型，可以利用PGF文件直接建模。

所述PGF、GMF文件、APDV文件格式都是EVS中主要的ASCII输入文件格式。其中，PGF文件是一组数据文件，其中每一部分代表单个钻孔的岩性，典型的钻孔柱状图可以很容易地被转换为PGF格式；GMF文件格式代表一系列用于定义地质层的地质层位，每个地质层位都可以包含任意多个X-Y-Z坐标，但是仍然需要插值来处理夹层和倾斜地层，“make_geo_hierarchy”模块可将PGF文件生成GMF文件；APDV(分析点数据值)格式适用于在某一点上测出的所有分析数据。即使在非常小的区间内检测到的数据，通常也应表示为在该区间中点处的单点(X-Y-Z坐标)检测。单个分析物的时域数据应使用此格式。

表3钻孔数据文件格式示例

具体的三维地质模型建立过程主要包含以下步骤：

1、首先将钻孔数据录入Excel中，然后将导入EVS的钻孔数据Excel表转换为GMF文件建立模型地表；

2、根据DEM数据划定插值范围，选择一个恰当海拔作为模型的底面；

3、将krig_3d_geology模块中的网格类型设置为Finite Difference选项，并根据模型实际情况合理设置网格的参数，划分三维网格；

4、将krig_3d_geology中的数据传入至indicator_geology模块中，并选择指示克里金法进行岩性建模，建模时Lithology Method选项设置为smooth，得到地层界面光滑的岩性模型；

5、对于断层的建模，首先需要找到断层与隧道轴线的空间位置关系，利用draw_lines模块画出断层线的位置，再利用extrude模块根据断层线的位置，设置好断层的倾角进行挤出以得到断层面；

6、建立好断层面后，利用surf_cut模块实现断层面对模型的切割，最后利用intersection_shell模块根据断层的厚度筛分得到断层的模型。

所述恰当海拔指选择的海拔作为模型的底面，可以包含整个建模区域，例如，建立隧道模型，选择的海拔作为模型的底面应该能够包含整条隧道。

其中，所述指示克里金法是一种非参数的地统计方法，对于空间中某点的岩性需要按照下式进行指示变换，式中I(x,Z_i)为根据x点处观察得到的岩性得到的指示变换值：

若给出一系列不同的岩性Z_i，则某点x₀处的岩性估计值I*(x₀,Z_i)的计算方法如下：

指示克里金的变差函数为：

指示克里金的实验变差函数为：

对变差函数进行拟合后得到理论指示变差函数。在得到理论指示变差函数之后，需满足无偏估计和方差最小的条件，得到指示克里金方程组：

其中，μ为拉格朗日乘子；γ(x_α，x_β；Z_i)为x_α与x_β之间的指示变差函数值；γ(x_α，x₀；Z_i)为待估点x₀与采样点x_α之间的指示变差函数值；求解上述方程组后，可求得λ_α(Z_i)，再按照岩性估计值的计算方法便可求得待估点出现某岩性的概率。

所述通过EVS建立评估区域的多元地质信息模型可以是建立隧道涌水量、围岩分级、高地温、地应力等多元地质信息模型。在本申请实施例中，隧道涌水量的计算可以根据选取合适的计算公式计算出隧道左线以及右线各里程段的隧道涌水量；围岩分级数据可以通过统计目的隧道的勘察报告得到，将得到的围岩分级数据改写成ELF文件格式，为后续建模做铺垫；隧道高地温数据一般可以通过勘察报告，得到温度-深度曲线的拟合方程，或者根据测试得到的地温梯度、地表温度和深度三者拟合曲线方程；计算模型中的岩石力学参数取值可以通过综合勘察资料、实验模拟取值，以及结合经验进行取值设定。以下是隧道涌水量、围岩分级、高地温信息模型的建立过程示例：

(一)涌水量信息模型的建立过程示例：

《铁路工程水文地质勘察规范》(TB10049-2016)以及《铁路工程地质手册》(99修订版)给出了不同方法计算得到涌水量的公式，其中，降水渗入法计算公式如下：

Q＝2.74·α·W·A

式中α为降水入渗系数；W为年降水量，单位为mm；A为隧道通过含水岩层的集水面积，单位为km²。除降水入渗法还有地下径流模数法、地下水动力法等可以计算隧道涌水量，可以选择其中一种方法计算得到涌水量，也可以通过多种方法计算，将涌水量平均值作为涌水量，本申请对此不作限制。

首先根据涌水量计算公式得到涌水量，将计算得到的涌水量以及线路、起始里程、终止里程等数据写入Excel表，并改写为ELF文件格式(Executable and Linking Format,可执行可链接文件格式)。所述ELF文件格式是一种用于二进制文件，可执行文件、目标代码、共享库和核心转储格式文件。图2为本申请实施例提供的一种隧道涌水量信息建模可视化编程及模块功能介绍图，参见图2，利用read_lines模块分别读取隧道左线以及右线涌水量数据ELF文件，将信息传入至tubes模块，便得到隧道涌水量的信息模型。表4是本申请实施例提供的一种隧道左右线正常涌水量数据文件格式示例。

表4隧道左右线正常涌水量数据文件格式

其中用于储存线段数据的ELF文件格式包含了线段节点的X坐标、Y坐标、Z坐标，该文件描述了线段节点在三维空间中的位置以及该点处的属性值。ELF文件必须以ASCII码的格式保存，数据之间可由逗号、空格以及制表符分隔，且保存文件时必须将文件的后缀保存为.elf才能使得文件可以被软件识别。ELF文件中的不同部分主要是由文件标签所分隔，ELF文件标签的示例如下：

COORD_UNITS“m”

定义文件中坐标的单位。

NUM_DATA 7 1

表示文件中包含的节点数据的数量以及单元数据的数量，“7”代表文件中包含两项节点数据，“1”代表文件中包含1项单元数据。

NODE_DATA_DEF 0“TOTHC”“log_ppm”

定义节点数据的名称和单位，第一个值“0”为节点数据的序号，第二个值

“TOTHC”定义了节点数据的名称，第三个值“log_ppm”定义了节点数据的单位。

CELL_DATA_DEF 0“Indicator”“Discreet Unit”

定义单元数据，相关值的定义同上。

LINE 5

线段的开始，“5”代表这段线的单元数据为5。

CLOSED

需写在线段的末尾，定义该线段的第一个点和最后一个点相连，为闭合线段。

END

写在文档末尾，表示文档结束。

表5是本申请实施例提供的一种ELF文件格式的示例。

表5ELF文件格式的示例

(二)围岩分级信息模型的建立过程示例：

首先将获得的围岩分级数据改写为ELF文件的形式，每段的围岩等级以单元数据的形式写入ELF文件中。将得到的隧道左线以及右线的围岩分级数据ELF文件利用read_lines模块导入至软件中，再利用tubes模块进行隧道建模，得到隧道围岩分级信息模型。图3是本申请实施例提供的一种围岩分级模型的示意图，参见图3，可见不同等级围岩段可以用不同颜色表示，例如：Ⅴ级围岩段用红色表示、Ⅳ级围岩段用黄色表示、Ⅲ级围岩段用蓝色表示。

(三)隧道高地温信息模型的建立过程示例：

在本申请实施例中，可以根据实地地温测试结果得到温度-深度曲线的拟合方程，在得到温度--深度的拟合方程后，利用EVS建立的地质模型中的埋深节点数据对隧道温度场进行分析，将模型Z方向的网格精度设置为40，将模型的底面高程设置为2700m(根据模型实际情况选择)。利用node_computation模块根据埋深节点数据来计算隧道的温度场，最终得到的隧道高地温信息模型。

其中，根据实地地温测试结果得到温度-深度曲线的拟合方程为：

y＝0.0214x+2.576

式中x为深度，y为地温；通过工程类比，地温梯度为2.14℃/100m。

可选地，所述步骤102，包括：

子步骤1021：通过EVS将所述三维地质模型导出为dxf格式文件，得到岩性模型的dxf格式文件以及断层模型的dxf格式文件。

所述dxf格式文件是AutoCAD(Drawing Interchange Format或者DrawingExchange Format)绘图交换文件，是一种由Autodesk(欧特克)公司开发的用于AutoCAD与其它软件之间进行数据交换的文件格式。dxf格式是一种开放的矢量数据格式，可以分为ASCII格式和二进制格式两类，被广泛使用，成为现实中的一种标准。其中，所述三维地质模型包括岩性模型和断层模型。

子步骤1022：将所述岩性模型的dxf格式文件转换为flac3d格式文件。

子步骤1023：将所述岩性模型的flac3d格式文件以及所述断层模型的dxf格式文件导入FLAC^3D得到所述FLAC^3D数值模型。

可选地，所述子步骤1022，包括：

子步骤10221：将所述岩性模型的dxf格式文件转换为stl格式文件。

所述stl格式文件(STereoLithography,立体光刻)是由3D Systems软件公司创立、原本用于立体光刻计算机辅助设计软件的文件格式。stl文件可以描述三维物体的表面几何形状，而不描述三维物体的颜色、材质贴图或其它常见三维模型的属性。stl格式有文字和二进码两种形式。stl格式文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。

子步骤10222：对所述岩性模型的stl格式文件进行剖分得到四面体剖分结果。

将处理得到的结果利用save_evs_field模块输出其顶点、线段以及属性数据并导入至Triangle中，最终实现任意剖面的网格剖分。

子步骤10223：通过接口程序将所述四面体剖分结果转换为flac3d格式文件。

其中，所述岩性模型的四面体剖分结果包括四面体单元的节点坐标数据和节点连接数据。

可选地，所述子步骤10222，包括：

子步骤111：确定所述岩性模型中的剖面线位置，得到剖面。

在本申请实施例中，利用EVS的thin_fence模块实现模型中任意剖面的提取，在建立好的模型中确定需要剖切剖面的剖面线位置，由此可以得到模型所需的剖面。

子步骤112：将所述剖面处理为平面直线图形式。

所述平面直线图形式，即PSLG形式(Planar Straight Line Graph，平面直线图)，由于实现地层模型任意剖面的网格剖分需要用Python中的meshpy.triangle模块，所以需要将剖分的区域以PSLG的形式表示，在得到所述剖面后，对剖面处理以使其满足PSLG的定义。

图8是本申请实施例提供的一种PSLG的示意图，PSLG是顶点和线段的集合，PSLG的区域边界是由线段组成的，这些线段的端点是PSLG中的顶点，将所有包含孔洞点的封闭图形中面积最小的图形设置为孔洞。图中的“4”是由顶点和由顶点组成的线段构成的，当需要剖分的区域内部包含孔洞时，需要输入孔洞点的坐标(图中点A的坐标)。

子步骤113：通过接口程序将所述处理后的岩性模型的stl格式文件导入MeshPy进行网格剖分，得到四面体剖分结果。

MeshPy是Python下的约束三角剖分模块，可以提高高质量的三角形和四面体网格生成，主要应用于各种有限元仿真等。

可选地，所述子步骤10222之前，还包括：

子步骤10224：通过meshlab软件去除所述岩性模型中重合的表面数据。

所述meshlab软件(三维几何处理系统)，是一个开源、可扩展的系统，用于处理和非结构化编辑3D三角形网格，旨在提供一整套三维扫描、编辑、清洗、拼合、检查、呈现和转换网格数据的工具。

在本申请实施例中，若以EVS中标准的地层模型构建模块生成的模型直接进行剖分，会使得剖分失败。发明人通过分析发现这是因为其生成的地层模型的层面会出现重合的情况，即模型中每层地层包含了该地层的顶面与该地层上覆的地层底面的数据，而这两个面实际上是相同的一个层面，显然这一问题的出现使得导出的模型并不满足三维PLC的定义(piecewise linear complex，分段线性结构)。为了实现对地层模型的四面体网格剖分，需要分析地层模型的数据结构，使地层模型的数据结构满足三维PLC的要求。

利用meshlab软件剔除重合的表面数据以使模型满足三维PLC的定义。需要剖分的三维模型需要以三维PLC的形式来表达，对于一个由单元组成的三维PLC集合，其必须满足以下两点要求：每个集合中单元的边界是集合中某些单元的并集；若集合中两不同的单元相交，这两个单元的交集是集合中某些单元的并集。三维PLC可以灵活的描述几何体的三维特征。例如，其允许面片、线段和顶点处于空间中的任意位置，这使得用户可以根据边界条件对网格的剖分结果进行限制。三维PLC的具体实现方法是将需要剖分的三维PLC的表面离散成为由节点及三角形网格组成的集合。首先需要使用write_cad模块将生成的模型导出成dxf的文件格式，再将模型格式转换为stl的文件格式，最后利用meshlab软件剔除重合的表面数据。

图9是本申请实施例提供的一个三维PLC的示意图，由图可以看出，PLC不允许其中的单元存在相交的情况，比如两面片只能相交于属于集合的顶点或线段的集合上。

可选地，所述子步骤10223,包括：

子步骤121：获取储存四面体网格剖分结果的node文件和ele文件。

所述node文件主要保存了四面体网格剖分结果中的节点数据，而ele文件主要保存了四面体网格数据。

子步骤122：将所述node文件和ele文件输出为flac3d格式文件。

在本申请实施例中，通过Python语言，利用TET_FLAC函数读取MeshPy.tet得到的储存四面体网格剖分结果的node文件和ele文件的数据并将数据进行转换，并输出flac3d格式的网格文件，node文件主要保存了四面体网格的节点数据，ele文件主要保存了四面体网格数据，通过Python语言分别读取node文件以及ele文件中的数据，再对其转换，便可以将剖分得到的计算模型导入至FLAC^3D中计算。

除此之外，在本申请实施例中，将所述node文件和ele文件输出为flac3d格式文件具体可以包括：将所述四面体剖分结果中的节点坐标数据的前缀改为第一形式，将所述四面体剖分结果中的节点连接数据的前缀改为第二形式，更改第一标签下各分组中单元的标识。其中，所述第一形式和第二形式是符合flac3d文件格式要求的格式，向flac3d中写入数据时，在向FLAC^3D中写入节点坐标数据时，flac3d文件中的节点坐标数据前需要以“G节点ID”的形式为前缀；而在向FLAC^3D写入单元数据时，四面体单元的节点连接数据前需要以“ZT4”的形式为前缀。因此需要将所述四面体剖分结果中的节点坐标数据的前缀和节点连接数据的前缀进行修改。所述第一标签为*GROUPS标签，在将节点数据和单元数据修改完成后，在*GROUPS标签下写入各材料分组中单元的标识便可以完成两种模型文件格式的转换。

需要补充的是，在将所述node文件和ele文件输出为flac3d格式文件之前，需要将所述岩性模型的四面体单元按照FLAC^3D的右手法则排列。所述“右手法则”即坐标系右手法则，不管坐标在空间内如何选择，都满足一定的指向，图10是FLAC^3D中默认的坐标系示意图。

岩性模型的四面体单元与中FLAC^3D的四面体网格的定义相同，但是因为FLAC^3D中的四面体单元的节点排列顺序需满足“右手法则”，而岩性模型中的四面体单元的节点排列顺序并不是按照“右手法则”排列的，故需要得到两种四面体单元节点的对应关系才能完成模型之间的数据转换。图11是本申请实施例提供的一种模型数据转换流程示意图，将岩性模型的四面体单元的节点排列顺序转换为符合FLAC^3D的“右手法则”的节点排列顺序。

可选地，所述步骤104，包括：

子步骤1041：通过接口转换程序将所述应力场的数据转换为APDV文件格式。

所述APDV文件格式是EVS中的一种文件格式，分析点数据值(.apdv)格式适用于在某一点上测出的所有分析数据。

子步骤1042：将所述APDV文件格式的应力场的数据导入EVS。

由于对于得到的数值模型的后处理又需要将FLAC3D的计算结果导入EVS，利用EVS提供的APDV文件输入格式作为数据接口，其中，文件主要储存了空间中点的X、Y、Z的坐标数据，以及不同属性在每个点处的值，该文件格式简单，可以通过编写数据接口程序来将数值模拟得到的数据导入至软件中。

子步骤1043：将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型。

可选地，所述步骤105之后，还包括：

步骤106：对所述评估结果进行可视化展示。

本申请实施例选取Cesium平台作为多元地质信息模型的展示平台，在此不做限定。图12是本申请实施例提供的一种模型可视化展示流程示意图，参见图12，首先需要通过软件的write_cad模块将模型输出成DXF/DWG格式，输出的模型是由三角网格构成的边界表示模型，利用3DS MAX软件实现DXF/DWG格式向DAE(Digital Asset Exchange，3D交互文件格式)文件格式的转换，最后以DAE文件格式实现模型的Web端展示。DAE文件格式一般用于多个图形程序之间交换数字数据。

Cesium Lab提供的三维模型属性导入功能，可以利用Cesium Lab将EVS所建立模型的不同部分赋予相应属性并生成3D Tiles模型文件，上传至平台后进行不同图层的展示，用户可以通过网页端的点选实现不同图层的展示。此外，用户还可以通过鼠标点选模型中不同部件以实现该部件的高亮展示以及显示相应信息，该功能在用户点选相应部件后会在网站界面右侧弹出部件属性的文字、图片展示的展示窗口。

图13是本申请实施例提供的一种三维岩性模型的多图层展示示意图，图13给出了将三维地质模型上传至Cesium平台后与平台提供的三维地表影像数据进行联合展示的效果。在本申请实施例中，可以在上传时将模型的位置设置为地表以下，可见模型的上表面与地表的贴合精度较高。通过设置地表的透明度，提升了三维地质模型与三维地表影像数据联合展示时的效果。图13右侧的窗口展示了通过鼠标点选三维地质模型中的地层，展现该地层详细信息的效果，用户可以根据需求，将不同信息添加至模型中，以实现Web端模型的三维展示以及模型相应信息的文字、图表数据展示。

图14是本申请实施例提供的一种地应力场信息模型的多图层展示示意图。

综上，本申请实施例提供的一种基于数字数值一体化的地质灾害评估方法，包括，先通过EVS建立评估区域的三维地质模型以及多元地质信息模型，然后将所述三维地质模型数值化得到FLAC^3D数值模型并通过所述FLAC^3D数值模型计算得到评估区域的应力场，通过将所述应力场添加到所述多元地质信息模型，得到数字数值一体化多元地质信息模型，实现了将三维地质模型的数据应用在数值模拟后处理过程中。本方案基于所述数字数值一体化多元地质信息模型对不同地质灾害进行评估，结合了EVS强大的三维地质建模能力和FLAC^3D数值模型强大的计算能力，可以满足用户对复杂计算结果的分析。其次，在得到评估结果后，可以将建立的模型以及分析评价结果进行跨平台可视化展示，方便用户查看分析。

本申请实施例提供的评估方法，执行主体可以为一种基于数字数值一体化的地质灾害评估装置。

参照图15，图15是本申请实施例提供的一种基于数字数值一体化的地质灾害评估装置的结构框图，如图15所示，该评估装置包括：

模型建立模块201，用于基于收集的地质信息数据，建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型。

数值化模块202，用于将所述三维地质模型数值化得到数值模型。

应力场计算模块203，用于通过所述数值模型计算得到评估区域的应力场。

添加模块204，用于将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型。

评估模块205，用于基于所述数字数值一体化地质信息模型对不同地质灾害进行评估，得到评估结果。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种基于数字数值一体化的地质灾害评估方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于数字数值一体化的地质灾害评估方法，其特征在于，所述方法包括：

基于收集的地质信息数据，建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型；

将所述三维地质模型数值化得到数值模型；

通过所述数值模型计算得到评估区域的应力场；

将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型；

基于所述数字数值一体化地质信息模型对不同地质灾害进行评估，得到评估结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型，包括：

基于所述地质信息数据，通过EVS建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述三维地质模型数值化得到数值模型，包括：

通过EVS将所述三维地质模型导出为dxf格式文件，得到岩性模型的dxf格式文件以及断层模型的dxf格式文件；

将所述岩性模型的dxf格式文件转换为flac3d格式文件；

将所述岩性模型的flac3d格式文件以及所述断层模型的dxf格式文件导入FLAC^3D得到所述FLAC^3D数值模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述岩性模型的dxf格式文件转换为flac3d格式文件，包括：

将所述岩性模型的dxf格式文件转换为stl格式文件；

对所述岩性模型的stl格式文件进行剖分得到四面体剖分结果；

通过接口程序将所述四面体剖分结果转换为flac3d格式文件；

其中，所述岩性模型的四面体剖分结果包括四面体单元的节点坐标数据和节点连接数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述岩性模型的stl格式文件进行剖分得到四面体剖分结果，包括：

确定所述岩性模型中的剖面线位置，得到剖面；

将所述剖面处理为平面直线图形式；

通过接口程序将所述处理后的岩性模型的stl格式文件导入MeshPy进行网格剖分，得到四面体剖分结果。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述岩性模型的stl格式文件进行剖分得到四面体剖分结果之前，还包括：

通过meshlab软件去除所述岩性模型中重合的表面数据。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过接口程序将所述四面体剖分结果转换为flac3d格式文件,包括：

获取储存四面体网格剖分结果的node文件和ele文件；

将所述node文件和ele文件输出为flac3d格式文件。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型，包括：

通过接口转换程序将所述应力场的数据转换为APDV文件格式；

将所述APDV文件格式的应力场的数据导入EVS；

将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述数字数值一体化地质信息模型对不同地质灾害进行评估，得到评估结果之后，还包括：

对所述评估结果进行可视化展示。

10.一种基于数字数值一体化的地质灾害评估装置，其特征在于，所述装置包括：

模型建立模块，用于基于收集的地质信息数据，建立评估区域的三维地质模型以及地质信息模型；

数值化模块，用于将所述三维地质模型数值化得到数值模型；

应力场计算模块，用于通过所述数值模型计算得到评估区域的应力场；

添加模块，用于将所述应力场添加到所述地质信息模型，得到数字数值一体化地质信息模型；

评估模块，用于基于所述数字数值一体化地质信息模型对不同地质灾害进行评估，得到评估结果。

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