基于CATIA平臺的復雜地質體三維建模研究

吳雙宇

（四川城市職業學院）

引言

巖土體的三維數值模型的快速、準確建立一直是巖土工程數值分析中經常遇到的問題。然而，FLAC3D自身的建模能力較弱對于復雜三維模型的建立具有相當的難度。本文以CATIA-FLAC3D耦合技術為基礎，利用CATIA軟件的強大建模能力，實現了對復雜地質環境下地質體的數值分析。

1　基于CATIA平臺的復雜地質體三維模型建立

1.1　建模流程

利用CATIA軟件建立研究區域的三維地質模型可分為四個部分的內容，地質數據的處理、構建三維地質實體、建立地質界面、分割巖體。詳細的建模流程見圖1。

1.2　對應關系

在CATIA的有限元單元網格劃分模塊中提供了兩種四面體網格、一種六面體網格。通過與FLAC3D中網格進行分析與對比，發現兩種軟件中的網格形狀與構成方式基本相同，僅僅在單元節點坐標的編制規則上存在區別，同時網格生成規則和網格分組編制規則上也有所不同。

1.3　基于MATLAB平臺的接口程序設計

根據CATIA和FLAC3D數據的對應關系，采用MATLAB軟件編寫CATIA-FLAC3D接口轉換程序。并利用UG設計了接口程序界面，將CATIA模型將CATIA中導出的網格數據dat格式文件保存在指定位置，在MATLAB中打開接口程序并運行，即可生成FLAC3D網格數據文件。在FLAC3D菜單中直接利用import命令調用網格文件，加入初始條件、巖土體參數以及邊界條件，便可生成三維地質數值模型。

圖1　CATIA復雜三維地質建模流程圖

2　實例

本文以雅康高速二郎山隧道區域以例，建立三維地質模型。①生成地形網格面：利用CATIA軟件讀取asc格式坐標數據文件，生成地形坐標點云，并對點云進行一定的處理后，利用曲面擬合生成不規則地形網格面。②構建三維地質實體：利用CATIA菜單欄中的創成式外形設計模塊（GSD），生成研究區域地質實體。③生成斷層破碎帶：利用造型雕刻模塊（ShapeSculptor），構建斷層、巖層分界面、風化等地質界面。④劃分巖體與斷層：在CATIA軟件利用造型雕刻（Shape Sculptor）模塊中的Project Curve命令劃分得到巖層與斷層。⑤利用CATIA自帶的網格劃分器對模型進行四面體網格劃分，并輸出網格文件。⑥利用接口轉換程序將網格文件轉換flac3d格式地質建模文件。⑦在FLAC3D軟件中利用CALL命令讀取地質建模文件，即能生成復雜的雅康高速二郎山隧道區域復雜的三維地質FLAC3D模型。如圖2。⑧利用FLAC3D計算二郎山隧道工區自重應力，得到自重應力云圖（最小主應力）如圖3所示。

圖2　二郎山隧道工區數值模型示意圖

圖3　二郎山隧道自重應力云圖（最小主應力）

3　小結

本文根據FLAC3D強大數值計算能力和CATIA軟件強大的曲面建模能力，提出基于CATIA-FLAC3D聯合使用的復雜三維地質模型的建立方法，并依據數據對應關系編寫了接口程序，較好的解決了FLAC3D對于具有復雜地形與地質界面三維地質體的建模困難，實現了復雜三維地質體快速準確的構建，該方法實際運用于地形地質極其復雜的新二郎山隧道區域的建模，證明了方法的可行性、適用性。

[1]王環玲，徐衛亞.三維地質建模技術在巖土工程數值模擬中的應用[J].長江科學院院報，2008（5）：125～129.

[2]韓旭，馮明權，蘇小寧，等.基于CATIA的地質模型可視化仿真技術應用研究[J].人民長江，2013（22）：72～75.