[發明專利]一種復雜地質條件下邊坡三維有限元網格生成方法

有效

• 申請號: 201711189215.2
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107886573B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 徐衛亞;李彪;閆龍;俞雋;吉華;程志超
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T17/30;G06F30/23
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 吳飛

1.一種復雜地質條件下邊坡三維有限元網格生成方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)基于CAD平臺提取邊坡等高線和地質界面高程點數據：利用CAD軟件編輯邊坡等高線和不同地質界面的多段線POLYLINE圖元，并定義在不同圖層中，然后采用Fortran語言編程讀取圖元中的多段線節點坐標數據，得到邊坡等高線和不同地質界面上高程點的空間X、Y、Z三向坐標信息；

2)建立目標范圍平面投影的網格節點數據；

3)根據等高線和地質界面高程點數據、以及平面網格節點數據，基于反距離插值方法構建目標范圍內的三維網格節點數據；

所述目標范圍內的三維網格節點數據的構建方法為：首先確定目標范圍的最低高程，采用反距離插值方法，根據步驟2)獲得的目標范圍內平面網格節點的X、Y坐標數據以及步驟1)獲得的等高線和地質界面高程點數據，插值得到平面網格節點的Z坐標信息，生成網格劃分的三維控制面的點云數據；然后以等高線或地質界面為源面，下一層地質界面為目標面，采用掃略的方式向下平移直至最低高程，獲得目標范圍內的三維網格節點數據，并記錄節點的層數；

通過下述方法確定所述平面網格節點的Z坐標：采用反距離插值方法，將平面投影范圍劃分n個象限，在等高線或地質界面高程點數據中，尋找每個象限內在投影平面上離被插值點(X，Y，Z)最近的高程點(X_i，Y_i，Z_i)，計算被插值點的Z坐標

式中，D_i為第i象限在平面投影上距被插值點最近的高程點與該被插值點間的距離，

4)創建規定節點次序的網格節點及單元，得到三維有限元網格；其中，生成的三維有限元網格均為六面體單元，在地質界面附近的過渡區域可能會出現一些退化的六面體單元；

5)檢查生成的有限元網格質量，如不合格，返回步驟3)，重新生成有限元網格；通過對有限元網格的單元進行等參變換求值來判斷有限元網格質量，若單元進行等參變換時雅克比行列式的值均大于0，表明有限元網格質量達到要求。

2.根據權利要求1所述的復雜地質條件下邊坡三維有限元網格生成方法，其特征在于，當邊坡等高線或地質界面上高程點數量不足時，在所述多段線POLYLINE圖元內采用等分方式在多段線相鄰節點之間添加高程控制點。

3.根據權利要求1所述的復雜地質條件下邊坡三維有限元網格生成方法，其特征在于，步驟2)中，先確定有限元計算范圍，給定有限元網格平面投影范圍，然后采用平面內兩個方向等分方式，生成目標范圍網格節點的X、Y坐標數據，記錄節點的行數和列數。

4.根據權利要求1所述的復雜地質條件下邊坡三維有限元網格生成方法，其特征在于，將所述平面投影范圍劃分為8個象限。

5.根據權利要求1所述的復雜地質條件下邊坡三維有限元網格生成方法，其特征在于，步驟4)中，根據步驟3)獲得的三維網格節點數據，過濾掉重復節點，并對節點重新編號；然后對空間節點進行有序組合，構建邊坡三維有限元網格的單元，單元內節點組合次序采用右手法則。