复杂边界的FLAC二维地质模型构建

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1、2013V01．8No．2尹改梅等：复杂边界@FLAC二维地质模型构建第8卷第2期复杂边界的FLAC--维地质模型构建尹改梅1，汪新庆2，蒋子阳3(1．中煤科工集团武汉设计研究院，武汉430064；2．中国地质大学(武汉)资源学院，武汉430074；3．重庆地质矿产研究院，重庆400042)摘要：FLAC3D是一款优秀的岩土力学分析软件，但其建模效率较低，尤其面对复杂地质条件时，其应用受到一定程度的限制。本文分析了FI．AC建模命令的特点，提出一种新的较简单的建模方法，并开发了相应的计算机辅助建模程序，该方法通过坐标变换、复杂边

2、界点坐标均匀化处理．逐列定义子网格坐标，可生成具有复杂边界的地质模型，且便于赋材料参数及应力边界条件参数，有效提高工作效率。关键词：坐标变换；FI。AC；复杂模型中图分类号：TU45；0241文献标识码：A文章编号：1007-1903(2013)02-0049-040引言唐FLAC是美国ITASCA公司开发的一款用于二维、三维固体力学计算的显式有限差分程序，该程序采用快速拉格朗日求解模式，在计算中网格随单元的变形而更新。FLAC是一款中高端产品，除了能分析一般的固体力学问题外，特别适合于岩土介质的大变形、破坏行为的研究¨。1。F

3、LAC具有强大的计算分析能力以及良好的二次开发性能，目前已成为岩土力学领域应用最为广泛的数值模拟软件之一，FLAC的建模功能相对较弱，在实际应用中经常需要运用FLAC内置的建模命令对规则的模型进行网格调整，造成工作效率低下，甚至很难建立符合需求的复杂的地质模型。在FLACZ．维模型构建方面，王希宝(2008)分析了DXF格式文件包含的信息，通过编程实现了由DXF文件直接转为FLAC命令文件，提高了建模效率，较好地解决了不规则边界边坡建模问题。但这些方法大多没有考虑到赋材料参数、应力边界条件及后处理的便利性。本文以含一条舒缓波状断

4、层的平面问题建模为例，分析复杂边界FLAC二维模型建模方法，并开发相应的计算机辅助建模程序，以实现复杂地质模型的快速构建。1FLAC内置的建模命令分析地质工程数值模拟的基本步骤可包括：首先进行地质条件分析，建立概化地质模型，然后赋予地质材料参数、初始条件和边界条件，进而进行数值计算、模型调整及后处理分析。其中，由于地质体空间形态的复杂性，建模工作往往很困难，且费时费力【l⋯。FLAC可接受的合法的模型网格形式只有四边形，可以接受四边形退化而来的三角形，但不可接受凹四边形，而且网格长宽之比不宜大于5。规则网格的生成命令为“grid

5、i,j”，其中j为列数目，即x方向上的网格划分数，／为行数目，即y方向上的网格划分数。在FLAC里，“grid”命令只能用一次，即用来确定总的网格数，然后根据实际条件调整网格形态，可以用“modelnull”命令修剪掉不需要的网格。调整网格的命令包括“genline，arc，circle，table”等，这些命令可以画出边界并调整网格几何形态。但有时这些命令基金项目：中央高校基本科研业务费专项基金项目(编号：CUGLl20258)作者简介：尹改梅(1980一)，女，硕士，工程师，从事地质勘查工程：Email：ygmman@tom

6、．com2013第8卷第2期技术应用V01．8No．2也难以得到想要的几何形态，而且由于网格单元是按照网格点的列、行编号(ij)确定的，即使运用“genline”或“gentable”命令得到了不规则的内、外边界，但给后面赋材料参数、边界条件也带来了困难。2复杂模型构建方法本文以某平面中存在的舒缓波状断层建模为例(图1)，通过以下步骤进行复杂平面模型的构建。该断层破碎带相对较窄，延伸方向NE，由“genline”或“gentable”等命令很难得到理想的建模效果。(1)获得复杂边界线坐标对于矢量格式j／IICAD格式基础数据，可

7、以在命令栏输入list命令，即可输出边界点的坐标。对于位图格式的图片，可以应用surfer等软件，对边界线进行数字化，得到边界点坐标。(2)确定模型网格范围参数根据研究的具体需求确定模型边界范围及分析尺度，即确定模型整体区域、网格的尺寸。由此，可初步确定需要划分网格总的数目，包括列期和行数，。用“gridi,j”命令生成模型总网格。5加O100∞15∞O铷O∞250∞图1不规则边界地质模型示意图(3)确定模型内部不同地质体的子网格参数FLAC按照组(group)划分具有不同力学性质的地质体并赋予材料参数，每一组可根据上、下边界线

8、上的点坐标划分子网格的行数和列数。如图1中，整个区域范围大致为长25000m，宽25000m，区域网格共划分为84歹1]×84行，初始网格大小约为300mX300m，分A、B、C3个组，3个组以网格行号区别，A、B、C组对应的网格分别为44-84行，42-43行