[發(fā)明專利]一種基于Fortran語言的3DEC離散元數(shù)值模型建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011137957.2
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112257262B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫朝燚;陳從新;鄭允;張偉;夏開宗;魯祖德;劉秀敏;沈強
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/05;G06F111/10
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所(普通合伙) 42001
• 代理人: 陳曉寧;王敏鋒

本發(fā)明公開了一種基于Fortran語言的3DEC離散元數(shù)值模型建模方法，包括：首先獲取3DEC離散元數(shù)值模型區(qū)域的三維等高線地形圖，然后對地形圖進行插值和柵格化處理得到間距規(guī)則排列的離散點坐標數(shù)據(jù)，隨后基于Fortran語言進行建模代碼的編寫和編譯，實現(xiàn)柵格化離散點坐標數(shù)據(jù)生成為3DEC離散元數(shù)值模型命令流，最后采用3DEC程序讀取模型命令流運行生成3DEC離散元數(shù)值模型。本發(fā)明計算高效、操作簡單、靈活度高、便捷性好，能夠?qū)Φ匦螐?fù)雜且范圍較大的研究區(qū)域進行高精度、多巖層、可變塊體單元尺寸的三維離散元模型構(gòu)建。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土工程數(shù)值模擬研究領(lǐng)域，特別涉及一種基于Fortran語言的3DEC離散元數(shù)值模型建模方法。

背景技術(shù)

3DEC是世界范圍內(nèi)第一款采用離散單元法作為基本理論進行開發(fā)并商業(yè)化的高級三維分析程序，特別適用于節(jié)理巖體等不連續(xù)介質(zhì)的力學特性和破壞特征研究，目前在巖體工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。巖體由巖塊和結(jié)構(gòu)面組成，3DEC程序數(shù)值模擬中將巖體視為介質(zhì)離散的散體集合體，將巖體和結(jié)構(gòu)面定義為兩個基本單元；在連續(xù)介質(zhì)力學方法基礎(chǔ)上，引入接觸(如結(jié)構(gòu)面)的概念，把接觸作為塊體(如完整巖塊)之間的邊界，利用連續(xù)力學方法描述塊體的力學行為、非連續(xù)力學方法描述接觸的力學行為；采用接觸算法搜索塊體邊界接觸條件并計算接觸受力狀態(tài)，當接觸出現(xiàn)屈服形成剪切滑動或張開時，塊體發(fā)生運動位移(平動、轉(zhuǎn)動)甚至破壞現(xiàn)象。因此，3DEC程序能夠準確高效地模擬不連續(xù)介質(zhì)在承受靜載或動載作用時的力學響應(yīng)，但是，其較弱的模型構(gòu)建功能一直制約著程序的使用和普及。

3DEC離散元數(shù)值模型的塊體單元數(shù)量決定了模型精度和計算效率。若塊體單元數(shù)量較多，則數(shù)值模型模擬實際工程的精度較高，但是相應(yīng)的程序計算時間亦較長，甚至超過計算機計算能力而不能計算。反之，若塊體單元數(shù)量較少，則模型計算效率較高，但是模型模擬實際工程的準確性則相應(yīng)降低。四面體和三棱柱塊體是使用較多、精度較高的3DEC程序建模塊體單元，在相同建模精度條件下，四面體塊體單元建模所需數(shù)量是三棱柱塊體單元的數(shù)倍，如圖11所示。針對研究區(qū)域為小范圍的模型，可以采用常用的四面體塊體單元進行模型構(gòu)建，塊體適應(yīng)性好，如采用Rhinoceros軟件建立三維實體模型并通過Griddle插件進行網(wǎng)格處理生成3DEC模型，或采用專利號CN109242965B所述的通過Midas軟件建模并基于C#語言的轉(zhuǎn)換插件轉(zhuǎn)換生成3DEC模型。但是對于研究區(qū)域為大范圍的模型，若采用四面體塊體單元建模往往導致塊體數(shù)量較多，超過計算機計算能力而不能計算，所以采用三棱柱塊體單元建模是更合理的選擇。專利號CN107562833B所述的基于MATLAB軟件插值處理地表曲面數(shù)據(jù)，通過三棱柱塊體單元建立三維數(shù)值模型，只考慮了地表建模，不能實現(xiàn)多巖層模型的構(gòu)建。論文《復(fù)雜地質(zhì)體的3DEC快速建?！凡捎肧urfer軟件和Fish語言實現(xiàn)了地質(zhì)體的3DEC快速建模，但是Fish語言具有其獨特的源代碼表達方式，對于一般工程技術(shù)人員來說，理解和操作都比較困難，難以推廣使用。

Fortran語言是世界上第一個被正式推廣使用的高級編程語言，應(yīng)用歷史長久，使用普及度高，尤其適用于數(shù)值計算領(lǐng)域，具有執(zhí)行效率高、機密性好、標準化程度高等優(yōu)點，因此，有必要發(fā)明一種基于Fortran語言的3DEC離散元數(shù)值模型建模方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供了一種基于Fortran語言的3DEC離散元數(shù)值模型建模方法，具有計算高效、操作簡單、靈活度高、便捷性好等優(yōu)點，能夠?qū)Φ匦螐?fù)雜且范圍較大的研究區(qū)域開展高精度、多巖層、可變塊體單元尺寸的三維離散元數(shù)值模型構(gòu)建。

為進一步實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種基于Fortran語言的3DEC離散元數(shù)值模型建模方法，包括以下步驟：

步驟a：獲取3DEC離散元數(shù)值模型區(qū)域的三維等高線地形圖；

通過考慮研究對象和邊界條件的影響，確定3DEC離散元數(shù)值模型的研究區(qū)域，裁剪三維等高線地形圖得到矩形平面形狀的研究區(qū)域地形圖，并對研究區(qū)域地形圖的四周角點進行相應(yīng)的高程點數(shù)據(jù)補充。