三維地質(zhì)建模與數(shù)值模擬關(guān)鍵技術(shù)研究

劉先林，唐正輝

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西　南寧　530029)

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三維地質(zhì)建模與數(shù)值模擬關(guān)鍵技術(shù)研究

劉先林，唐正輝

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西南寧530029)

針對(duì)建立復(fù)雜三維地質(zhì)模型難度大、效率低及與數(shù)值計(jì)算聯(lián)合分析困難的現(xiàn)狀，文章通過(guò)研究和分析各類三維建模與數(shù)值分析軟件，提出了采用GOCAD、SURFER、CATIA、ANSYS、FLAC3D、MIDAS等軟件協(xié)同操作的有效方法，實(shí)現(xiàn)軟件間模型格式的互導(dǎo)與真三維數(shù)值模擬計(jì)算分析，并總結(jié)出其關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)例，介紹了三維建模與數(shù)值模擬軟件協(xié)同分析的具體操作方法。

地質(zhì)建模；數(shù)值模擬；真三維；GOCAD；FLAC3D；SURFER；ANSYS；MIDAS

0　引言

我國(guó)傳統(tǒng)地質(zhì)勘察與巖土設(shè)計(jì)成果多以平面圖、剖面圖、柱狀圖等二維形式展示，直觀性較差，不能充分表現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)體和計(jì)算結(jié)果的空間分布規(guī)律。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在越來(lái)越多的復(fù)雜工程和大型項(xiàng)目中迫切需要引進(jìn)三維地質(zhì)和數(shù)值分析技術(shù)，以解決復(fù)雜地層的工程評(píng)價(jià)和巖土設(shè)計(jì)問(wèn)題。然而，由于地質(zhì)體的復(fù)雜性，常規(guī)數(shù)值計(jì)算軟件較難擬合復(fù)雜地層面，故數(shù)值分析人員在三維地質(zhì)建模上花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，但效果卻差強(qiáng)人意，嚴(yán)重影響了工作效率。因此，

如何提高三維地質(zhì)建模與數(shù)值計(jì)算的效率和精度便成了急需解決的難題。

目前，工程地質(zhì)領(lǐng)域常用的三維地質(zhì)建模與巖土數(shù)值分析相關(guān)軟件有GOCAD、CATIA、SURFER、ANSYS、MIDAS、FLAC3D、ABAQUS等，各軟件均有各自獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在自身的不足，沒(méi)有一個(gè)軟件能同時(shí)解決三維建模與數(shù)值分析問(wèn)題，由于軟件多屬不同商家，各軟件之間缺少現(xiàn)成互動(dòng)轉(zhuǎn)換接口，這在一定程度上限制了三維地質(zhì)建模與數(shù)值分析技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用。其中，GOCAD(Geological Object Computer Aided Design)地質(zhì)建模軟件是法國(guó)Nancy大學(xué)開(kāi)發(fā)的主要應(yīng)用于地質(zhì)領(lǐng)域的三維可視化建模軟件，具有強(qiáng)大的三維建模、可視化、地質(zhì)解譯和分析的功能，能快速精確地建立復(fù)雜地層面、地質(zhì)體和Sgrid網(wǎng)格模型，方便將建立的地層面導(dǎo)入數(shù)值分析軟件生成地質(zhì)體，也可將Sgrid網(wǎng)格模型直接導(dǎo)出到數(shù)值分析進(jìn)行計(jì)算分析，大大提高了工作效率，解決了數(shù)值軟件處理建模困難的問(wèn)題?？紤]到GOCAD的強(qiáng)大功能及其在地質(zhì)體表達(dá)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，本文采用GOCAD為建模軟件進(jìn)行研究。

本文在研究和分析以上三維地質(zhì)建模與數(shù)值分析軟件的基礎(chǔ)上，將各軟件的使用關(guān)鍵技術(shù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行了總結(jié)、提煉和集成，并在實(shí)際工程中得到了良好運(yùn)用。

1　三維地質(zhì)與數(shù)值模擬結(jié)合思路

目前，國(guó)內(nèi)外流行的數(shù)值模擬軟件都具有一定三維建模前處理能力，能解決規(guī)則幾何體和結(jié)構(gòu)物建模問(wèn)題，但由于地質(zhì)體的復(fù)雜性，通常需要借助專業(yè)三維地質(zhì)建模軟件建立復(fù)雜地層或地質(zhì)體，然后再導(dǎo)出地層曲面或地質(zhì)體到數(shù)值分析軟件中進(jìn)行模擬計(jì)算。三維地質(zhì)建模與數(shù)值模擬分析常用的幾種結(jié)合思路如下：

1.1GOCAD網(wǎng)格模型導(dǎo)入數(shù)值模擬軟件

根據(jù)前期勘察資料，在GOCAD中建立復(fù)雜三維地層面，并生成三維地質(zhì)體的SGRID網(wǎng)格模型，利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口將SGRID模型導(dǎo)入到FLAC3D、ANSYS或ABAQUS等數(shù)值分析軟件中進(jìn)行計(jì)算。由于GOCAD軟件中生成的SGRID網(wǎng)格多為均勻網(wǎng)格，優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)格質(zhì)量較好，缺點(diǎn)是對(duì)形狀十分復(fù)雜的地質(zhì)體和結(jié)構(gòu)物生成網(wǎng)格有一定困難，故該類方法一般適合于相對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)值計(jì)算模型和計(jì)算工況。

1.2GOCAD→SURFER→數(shù)值模擬軟件

由于GOCAD軟件具有特獨(dú)的離散光滑插值DSI算法，能夠十分精確地表述特別復(fù)雜的地形、地層、斷裂構(gòu)造及其它異形曲面，而SURFER軟件在處理高程數(shù)據(jù)和加密網(wǎng)格數(shù)據(jù)方面也有十分獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，故可綜合利用GOCAD和SURFER軟件將相對(duì)稀疏的地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格加密，生成其它數(shù)值模擬軟件可以讀取的曲面坐標(biāo)網(wǎng)格數(shù)據(jù)，然后在MIDAS或ANSYS數(shù)值軟件中進(jìn)行復(fù)雜地質(zhì)和結(jié)構(gòu)物的三維建模。該類方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以按數(shù)值模擬分析的側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模和網(wǎng)格劃分，數(shù)值分析操作非常方便，后期計(jì)算可編輯性強(qiáng)。

1.3GOCAD→CATIA→數(shù)值模擬軟件

CATIA是由法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)(Dassault Systemes S.A.)公司開(kāi)發(fā)的三維CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)，不僅具有強(qiáng)大的曲面建模功能，而且與其它軟件具有良好的數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換功能，既可導(dǎo)入GOCAD保存的曲面*.ts格式文件，又可將CATIA三維模型直接導(dǎo)出到MIDAS、ANSYS和ABAQUS等數(shù)值模擬軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分和數(shù)值計(jì)算。該種方法也具有數(shù)值分析操作方便、后期計(jì)算可編輯性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

2　三維地質(zhì)建模關(guān)鍵技術(shù)

2.1關(guān)鍵理論技術(shù)

(1)離散平滑插值法

GOCAD軟件中離散平滑插值法DSI(Discrete Smooth Interpolation)是由Mallet教授提出的，其思想是基于對(duì)目標(biāo)體的離散化，類似有限元法，用一系列具有物體的幾何和物理特性的相互連結(jié)的節(jié)點(diǎn)來(lái)模擬地質(zhì)體。已知節(jié)點(diǎn)和地質(zhì)學(xué)的典型信息被轉(zhuǎn)化為線性約束，引入到模型生成的全過(guò)程。利用此技術(shù)來(lái)構(gòu)建地質(zhì)曲面，對(duì)采樣數(shù)據(jù)少的區(qū)域，可以添加一系列的約束條件，控制曲面的插值過(guò)程，并自動(dòng)調(diào)整插值點(diǎn)，以滿足約束條件，使建立的曲面能較好地?cái)M合采樣點(diǎn)。同時(shí)，還可考慮到地質(zhì)變量本身的特性，因此對(duì)地質(zhì)變量的統(tǒng)計(jì)分析能達(dá)到很好的效果。

DSI法、三角網(wǎng)格法和Kriging插值算法相比較而言：三角網(wǎng)格法對(duì)于不連續(xù)曲面無(wú)法插值計(jì)算，且在計(jì)算形成三角網(wǎng)格時(shí)效率不高。Kriging插值算法雖較為有效，但在建模效果上較易出現(xiàn)明顯的“牛眼”效應(yīng)，而DSI算法更容易確定插值函數(shù)權(quán)值，形成的網(wǎng)格曲面更加光滑而貼近實(shí)際效果。

以上DSI優(yōu)點(diǎn)決定了其在三維地質(zhì)建模中的重要地位，并已成熟運(yùn)用于石油、礦產(chǎn)、水利水電等領(lǐng)域的復(fù)雜地層和構(gòu)造建模。

(2)網(wǎng)格單元格式轉(zhuǎn)換

經(jīng)過(guò)對(duì)GOCAD SGRID、ANSYS、MIDAS、ABAQUS和FLAC3D網(wǎng)格單元的深入研究，發(fā)現(xiàn)前4種軟件的六面體單元形狀、節(jié)點(diǎn)編號(hào)和節(jié)點(diǎn)順序均基本相同，而FLAC3D單元的節(jié)點(diǎn)編號(hào)和節(jié)點(diǎn)順序有較大差異，若能將各軟件的網(wǎng)格單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)按需要轉(zhuǎn)換成的軟件識(shí)別格式進(jìn)行重新編排，則可實(shí)現(xiàn)各軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，方便進(jìn)行計(jì)算比較和充分發(fā)揮各軟件的專長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。下面舉例簡(jiǎn)單說(shuō)明各軟件六面體單元的對(duì)照關(guān)系。

(a)

(b)

從圖1可知，前4種(a)軟件的網(wǎng)格單元節(jié)點(diǎn)排列順序是先沿X軸方向排列，再沿Y軸方向排列，最后沿Z軸方向排列，而FLAC3D的(b)六面體單元中的8個(gè)節(jié)點(diǎn)是符合“右手法則”，由于各軟件之間沒(méi)有現(xiàn)成的網(wǎng)格單元轉(zhuǎn)換接口，則需要按上述原則編制程序接口，以實(shí)現(xiàn)各軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。在編制程度接口過(guò)程中，一般需執(zhí)行節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、單元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、單元分組和數(shù)據(jù)信息輸出等幾個(gè)步驟。

2.2GOCAD建模關(guān)鍵技術(shù)

(1)點(diǎn)數(shù)據(jù)生成

GOCAD軟件可采用多種方式快速生成高程、鉆孔坐標(biāo)、地層標(biāo)志、地震數(shù)據(jù)等。一般可在GOCAD軟件中執(zhí)行命令：File→Import Objects→Horizon Interpretations→X Y Z/Column-based File導(dǎo)入原始勘察數(shù)據(jù)生成點(diǎn)，也可通過(guò)提取線、面上的節(jié)點(diǎn)及鉆孔marker信息生成點(diǎn)數(shù)據(jù)。

(2)線數(shù)據(jù)生成

線數(shù)據(jù)主要為地形與地層面等高線、模型邊界、結(jié)構(gòu)物輪廓線、剖面線、輔助線、斷層與巖石露頭界線等，常用3種方式生成：①導(dǎo)入CAD DXF線，F(xiàn)ile→Import Objects→Cultural Data→DXF；②Curve→new→From Curves/Surfers-Contours等；③在窗口界面中鼠標(biāo)點(diǎn)擊。

(3)面數(shù)據(jù)生成

面數(shù)據(jù)主要為地形面、地層面、地下水面、斷層構(gòu)造面、建筑結(jié)構(gòu)面等，也常用2種方式生成：①Applications→Wizard→Surface Creation→From Data(without internal borders)→From Points and Computed outline→Direct Triangulation→Create outline Curve from Data points→Create surface From points and curve；②Surface→new→From pointsSets/Curves/Surfaces等，在建模過(guò)程中常用pointsSets Mediumn plane和約束控制進(jìn)行DSI插值擬合精確的曲面。

(4)體模型生成

在GOCAD中，地質(zhì)體建模一般會(huì)用到Model3d、Solid、Voxet、SGrid等，其中Model3d和Solid為實(shí)體模型對(duì)象，Voxet和SGrid為網(wǎng)格模型對(duì)象。由于僅SGrid網(wǎng)格與數(shù)值模擬軟件的網(wǎng)格較為相近，故重點(diǎn)介紹SGrid網(wǎng)格模型的生成步驟：①先執(zhí)行SGrid→new→From Objects Box/Cage/Corners等生成網(wǎng)格框架，Objects中選擇各層面；②SGrid→Tools→Proportionally Between Multiple Surfaces；③SGrid→Model→new From Surfers；④右擊SGrid model→Build。然后勾選不同的Region和改變顏色即可得到三維地質(zhì)模型。

2.3SURFER建模關(guān)鍵技術(shù)

一般工程地質(zhì)勘察鉆孔和地質(zhì)調(diào)查資料較為有限，若直接采用GOCAD軟件建模易出現(xiàn)異常凸起或深凹現(xiàn)象，曲面不夠光滑，與實(shí)際地質(zhì)情況不符。通?？刹捎肎OCAD軟件將地形、地質(zhì)界面、鉆孔與調(diào)繪等三維地質(zhì)信息提取后輸入SURFER軟件中加密網(wǎng)格數(shù)據(jù)為*.grid格式文件，另存為*.DAT格式，即生了MIDAS及其它數(shù)值分析軟件可讀取的面文件格式。具體流程如下：三維地質(zhì)信息數(shù)據(jù)(DXF、TXT、WELL MARKER等)→生成GOCAD等高線→導(dǎo)出*.XLS文件→在SURFER中生成*.grid文件→另存為*.DAT格式→另存為*.CSV格式→另存為*.TXT格式→在MIDAS或其它數(shù)值分析軟件中建立三維地質(zhì)模型。

2.4MIDAS建模關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)SURFER軟件加密的空間網(wǎng)格數(shù)據(jù)，利用MIDAS GTS軟件生成三維地質(zhì)模型，具體操作流程如下：幾何→生成曲面→頂點(diǎn)→輸入頂點(diǎn)→導(dǎo)入頂點(diǎn)(即SURFER生成的*.TXT格式文件)→生成地形與地質(zhì)界面→建立范圍底面→擴(kuò)展→選擇底面、擴(kuò)展方向和長(zhǎng)度→利用曲面分割實(shí)體→僅保留需要實(shí)體→開(kāi)挖與支護(hù)結(jié)構(gòu)建?！W(wǎng)格劃分與數(shù)值計(jì)算。注意在SURFER軟件中各地層在X與Y方向的加密網(wǎng)格數(shù)量應(yīng)保持一致，這樣在MIDAS GTS中生成的曲面范圍才一致。

2.5CATIA建模關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)前期準(zhǔn)備的三維地質(zhì)建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)，利用GOCAD中建立地形和地質(zhì)界面，在CATIA中導(dǎo)入GOCAD面文件生成實(shí)體模型。具體操作流程如下：GOCAD中將Surfers用File-Save Object as命令另存為*.ts文件→在CATIA中導(dǎo)入*.ts文件→利用零件模塊進(jìn)行凸臺(tái)和布爾運(yùn)算操作生成三維模型→將模型另存為*.stp或*.igs格式文件→在MIDAS、ANSYS或ABAQUS等數(shù)值分析軟件中導(dǎo)入，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分和數(shù)值計(jì)算。

2.6ANSYS建模關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)SURFER軟件加密的空間網(wǎng)格數(shù)據(jù)，利用ANSYS軟件生成三維地質(zhì)模型，具體操作流程如下：采用編制開(kāi)發(fā)的SURFER TO ANSYS格式程序接口將*.grid曲面文件生成ANSYS可讀取的*.dat格式→在ANSYS中讀取*.dat文件生成地形或地質(zhì)界面→建立長(zhǎng)方體→利用曲線切割長(zhǎng)方體生成三維地質(zhì)模型。生成的*.dat文件實(shí)際為一個(gè)ANSYS可讀取的K文件命令流，生成面的程序思路為生成坐標(biāo)關(guān)鍵點(diǎn)→生成等高線→利用蒙皮技術(shù)生成地質(zhì)曲面。

3　工程實(shí)例應(yīng)用

廣西某高速公路路塹邊坡長(zhǎng)約290 m，原設(shè)計(jì)坡率為1∶1、1∶1.25、1∶1.5，為三級(jí)邊坡，最大挖方高度約25.2 m。按原設(shè)計(jì)坡率開(kāi)挖至路槽后發(fā)生大規(guī)?；拢骰较蜷L(zhǎng)約60 m，沿路線方向?qū)挾燃s110 m，滑體平均厚度約8 m，滑坡體積約26 000 m3，屬中層牽引式滑坡。該滑體地層主要由含角礫黏土、全風(fēng)化夾強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化灰?guī)r組成。施工期間共補(bǔ)充勘察了26個(gè)鉆孔，為三維地質(zhì)建模提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。下面以該滑坡為例詳細(xì)介紹2種典型的三維地質(zhì)建模與數(shù)值模擬分析結(jié)合方法。

3.1GOCAD模型導(dǎo)入FLAC3D方法

三維建模主要使用了1∶2 000地形圖、26個(gè)鉆孔柱狀圖、5個(gè)滑坡剖面圖、高速公路路線平縱布置和滑坡地質(zhì)勘察報(bào)告等資料。在GOCAD中主要建立了覆蓋層、全風(fēng)化層、中風(fēng)化基巖及邊坡放坡開(kāi)挖等內(nèi)容，得到的面模型見(jiàn)圖2，在建立好Model3D實(shí)體模型后，創(chuàng)建了150×150×150節(jié)點(diǎn)的SGRID網(wǎng)格模型，生成不同的REGIONS部分(如圖3所示)，對(duì)不同的地層單元賦予巖層屬性，將三維模型中的數(shù)據(jù)文件通過(guò)數(shù)據(jù)接口程序轉(zhuǎn)入FLAC3D中(如圖4所示)，則可進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，由于GOCAD生成的SGRID模型網(wǎng)格較密，單元數(shù)量約180萬(wàn)個(gè)，數(shù)值計(jì)算的工作量極大，故此處不再進(jìn)行數(shù)值計(jì)算演示。若欲用此類方法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，則需綜合考慮模型精度和計(jì)算量后決定建立合理的SGRID網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)密度。

圖2　GOCAD三維地層結(jié)構(gòu)與開(kāi)挖面示意圖

圖3　GOCAD三維地質(zhì)SGRID模型圖

圖4　GOCAD　SGRID轉(zhuǎn)FLAC3D模型圖

3.2GOCAD/SURFER-ANSYS-FLAC3D方法

由于該滑坡?tīng)恳瑒?dòng)面積大，地質(zhì)條件復(fù)雜，且工程預(yù)算和施工工期緊張，經(jīng)過(guò)詳細(xì)抗滑樁與加筋柔性擋墻方案比選后，決定先根據(jù)地質(zhì)條件采用坡率1∶1.5、1∶2.0、1∶1.5、1∶1.75、1∶1.75進(jìn)行5級(jí)二次放坡后，再采用表面坡率為1∶1.5、1∶1.75、1∶1.75、1∶1.75的加筋柔性擋墻進(jìn)行防護(hù)。為深入計(jì)算邊坡開(kāi)挖的方量、土石成分比例、邊坡的變形與穩(wěn)定性分析等，下面采用三維地質(zhì)模型與數(shù)值模擬方法進(jìn)行論述。

(1)建立ANSYS三維地質(zhì)模型

該滑坡新三維模型中加入了筋柔性擋墻范圍，重點(diǎn)分析區(qū)域需加密網(wǎng)格間距。在GOCAD和SURFER生成了各層面*.dat數(shù)據(jù)，利用ANSYS生成三維地質(zhì)模型和劃分網(wǎng)格，三維地質(zhì)模型見(jiàn)圖5。

圖5　ANSYS三維地質(zhì)模型圖

(2)FLAC3D數(shù)值模擬模型

利用數(shù)據(jù)程序轉(zhuǎn)換接口將ANSYS的單元和節(jié)點(diǎn)文件導(dǎo)出成*.Flac3D格式，在FLAC3D利用File→import Grid導(dǎo)入.Flac3D文件。構(gòu)建的四面體網(wǎng)格有205149個(gè)單元，39291個(gè)節(jié)點(diǎn)，滑坡采用加筋柔性擋墻防護(hù)后如圖6所示。

圖6　FLAC3D邊坡加筋擋墻防護(hù)網(wǎng)格模型圖

(3)FLAC3D數(shù)值計(jì)算結(jié)果

對(duì)邊坡第一次開(kāi)挖、第二次開(kāi)挖及加筋柔性擋墻防護(hù)三個(gè)重要工況進(jìn)行FLAC3D三維數(shù)值模擬，主要得出如下結(jié)論：

①邊坡按原設(shè)計(jì)坡率第一次開(kāi)挖工況的穩(wěn)定性系數(shù)<1.0，數(shù)值計(jì)算變形分布區(qū)域與現(xiàn)場(chǎng)滑塌情況基本一致，詳見(jiàn)圖7所示。

②邊坡第二次削坡放緩后最大變形量約為40 mm，主要分布于邊坡右上角，這與該處地層基巖面相對(duì)較陡有關(guān)，與施工期間開(kāi)挖揭示情況基本相符，詳見(jiàn)圖8所示。

③邊坡采用加筋擋墻工況最大變形量約18 mm，受加筋擋墻護(hù)坡后，邊坡整體變形均勻，穩(wěn)定性系數(shù)為1.43，與高速公路通車(chē)后該邊坡近半年的監(jiān)控變形值較為接近，詳見(jiàn)圖9所示。

圖7　邊坡第一次開(kāi)挖滑動(dòng)分析圖

圖8　邊坡第二次卸載開(kāi)挖變形圖

圖9　邊坡加筋柔性擋墻防護(hù)變形圖

(4)開(kāi)挖方量計(jì)算

通過(guò)在三維地質(zhì)模型中查詢各地層和開(kāi)挖體的體積，可得到該段路塹邊坡總挖方量約115 571 m3，其中土方約82 842 m3，風(fēng)化巖約32 729 m3，前者與后者的土石成分比例約為2.5∶1，較為精確地估算出開(kāi)挖工程量。

4　結(jié)語(yǔ)

文章針對(duì)三維地質(zhì)建模與數(shù)值分析效率低、精度差、兩者良好結(jié)合困難等現(xiàn)狀，在研究各類相關(guān)軟件與技術(shù)方法的基礎(chǔ)上，首先提出了多種三維地質(zhì)建模與數(shù)值模擬計(jì)算相結(jié)合的有效方法；然后重點(diǎn)論述了離散平滑插值DSI法和網(wǎng)格數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換理論，GOCAD的點(diǎn)、線、面、體生成技術(shù)，以及SURFER、MIDAS、CATIA及ANSYS等建模關(guān)鍵技術(shù)和操作流程；最后以廣西某高速公路路塹滑坡為例，詳細(xì)介紹了兩種典型三維建模與數(shù)值分析結(jié)合的方法。

實(shí)踐證明，采用本文介紹的方法能更準(zhǔn)確、快速、便捷地建立符合實(shí)際的三維地質(zhì)模型，利用編制的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換接口程序，可生成FLAC3D、MIDAS NX和ANSYS等數(shù)值模型，并進(jìn)行真三維數(shù)值模擬計(jì)算分析。如此一來(lái)，可針對(duì)同一三維模型采用不同數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行快速對(duì)比分析，彌補(bǔ)了單一軟件自身的不足，提高了三維地質(zhì)建模與數(shù)值模擬計(jì)算分析在巖土工程中的使用效率，值得廣泛應(yīng)用和推廣。

[1]李敦仁，等.GOCAD三維地質(zhì)建模技術(shù)基礎(chǔ)應(yīng)用教程[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2012.

[2]盧玉南.工程地質(zhì)數(shù)理模型研究[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2013.

[3]李治.Midas/GTS在巖土工程中應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[4]王海濤.MIDAS/GTS巖土工程數(shù)值分析與設(shè)計(jì)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2013.

[5]孫書(shū)偉，林杭.FLAC3D在巖土工程中的應(yīng)用[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.

[6]陳育民，徐鼎平.FALC/FLAC3D基礎(chǔ)與工程實(shí)例[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.

[7]李圍.ANSYS土木工程應(yīng)用實(shí)例[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.

Research on Key Technology of Geological Modeling and Numerical Simulation

LIU Xian-lin，TANG Zheng-hui

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Regarding the current situation of high difficulty and low efficiency when establishing the com-plex three-dimensional geological model as well as difficult joint analysis of numerical calculation，and through research and analysis of various types of three-dimensional modeling and numerical analysis software，this article proposed the effective method of co-operation by using GOCAD，SURFER，CATIA，ANSYS，F(xiàn)LAC3D，MIDAS and other software，it realized the transconductance of model format be-tween various software and the numerical simulation and computational analysis of true 3D，and sum-marized its key technologies.On this basis，by combining the engineering examples，it described the specific operation methods for the joint analysis of three-dimensional modeling and numerical simula-tion software.

Geological modeling；Numerical simulation；True 3D；GOCAD；FLAC3D；SURFER；ANSYS；MIDAS

U416.02

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.05.001

1673-4874(2016)05-0001-05

2016-04-28

劉先林(1982—)，工程師，研究方向：公路勘察設(shè)計(jì)；

唐正輝(1975—)，高級(jí)工程師，主要從事工程地質(zhì)勘察與巖土工程設(shè)計(jì)工作。

課題項(xiàng)目

廣西交通科技項(xiàng)目“三維可視化建模與數(shù)值模擬技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用研究”(編號(hào)：200807503)