使用Geometry建立三维极限平衡边坡模型

1 引言

三维模型的建立有多种方法，可以使用三维基元来构建，对于形状规则的三维模型，例如堤坝或路基，也可以通过二维模型拉伸(Extrusion)得到三维模型,例如:

• 使用Extrusion工具产生非结构化的网格(unstructured Mesh)

• Extrusion工具的使用技巧(FLAC3D仅有)
  

• FLAC2D 创建网格Extrusion工具
  

• FLAC3D三维模型的建立---Extrusion工具
  

然而对于采矿工程边坡，由于地表形状不规则以及采矿边坡特有的几何特征，不能通过二维模型转化为三维模型，因此一个更广泛接受的模型建立方法是输入外部已经建立的几何形状。

geometry import 'surface.dxf'block create brick 500 6500 -500 5500 -1000 3000

Itasca几何数据交换文件---Geometry Files

建立更真实的数值模型：FLAC3D导入地形图 (1)

建立更真实的数值模型(2)：FLAC3D与曲面地形的集成

三维模型也可以直接使用表面测量坐标建立，例如在【带有软弱夹层(Weak Layer)的三维采矿边坡稳定性分析(3D Open Pit Analysis)和三维极限平衡岩石边坡稳定性分析流程(PLE) [两种地层+一个软弱滑动面]中，通过输入地层和边坡的坐标(xls文件)建立了三维模型。

2 模型建立

一个采矿边坡由三层材料组成，如下图所示。第一层是石灰岩，第二层是矿石，第三层是砂岩。

(1) 为了建立三维模型，首先输入边坡的表面，这个表面是stl文件，Geometry>Import/Export>Import Geometry...，在导入stl文件后，需要进行后处理工作，来找出和修正stl文件的缺陷(Find and Repair Defects)，这是因为不是每一个stl文件都满足系统的要求。

使用同样的步骤输入两个dxf文件，这两个dxf文件是材料的界面。

(2) 产生外部体积(create external volume)。上面输入的均为表面，需要把表面转变为具有边界的计算模型，其实就是把最低的表面向下拉伸，使用Geometry>Create External From Surface命令完成。

(3) 切割计算模型。这是一个布尔操作，把外部体积边界与材料表面边界相交形成计算模型。使用Geometry>3D Boolean>Divide All Geometry命令完成。

下图所示的是最后的计算结果，左图显示的是最小滑动面，右图显示的是多平面安全系数图，即安全系数等值线图【多滑动面搜索算法---粒子群搜索(Particle Swarm Search) 和安全系数等值线】

3 讨论

成功建立三维模型取决于输入的几何形状(Geometry)是否正确。如引言中显示的边坡stl文件，在输入后发现了61处错误，尽管使用后处理工具修复了这些错误，但仍然需要使用Surface Triangulation Tools重新生成三角形，产生的外部体积也并不象预想的那样形成规则的外边界，因而这些问题需要进一步研究和探索。