基于AutoCAD的拱形交叉巷道FLAC 3D快速建模研究

　　拱形交叉巷道FLAC3D模型網(wǎng)格建立時要利用FLAC3D中固有的柱形交叉隧道網(wǎng)格( cylint) 單元，建立三維網(wǎng)格模型效率較低。針對采礦工程領(lǐng)域的數(shù)值模擬計算問題，研究了Auto-CAD 平面圖形向FLAC3D拱形交叉巷道模型轉(zhuǎn)換的技術(shù)，利用AutoCAD 建立了拱形交叉巷道FLAC3D模型，并給出了詳細的方法與步驟，實現(xiàn)了利用FLAC3D分析拱形交叉巷道工程問題時方便、快捷地建立地質(zhì)模型。

　　FLAC3D作為一種利用顯式有限差分方法，為巖土工程提供精確有效的分析工具，廣泛應用于巖土及地下工程的研究與設(shè)計。但FLAC3D在模型建立和網(wǎng)格劃分等前期處理問題上存在不足，造成了其建模的低效與不便。

　　為解決FLAC3D建模存在的問題，研究人員依賴ANSYS、MATLAB、Midas /Gts、Surfer 等軟件對FLAC3D前處理技術(shù)做了改進，文獻基于簡單的AutoCAD 平面圖形，初步研究了AutoCAD 平面模型向FLAC3D模型轉(zhuǎn)換技術(shù)，但對于拱形交叉巷道模型的建立，沒有給出簡單有效的方法。

　　本文針對采礦工程中拱形交叉巷道的數(shù)值模擬計算問題，研究將基于AutoCAD 的二維平面模型快速高效建立拱形交叉巷道FLAC3D模型的方法。

　　拱形交叉巷道普遍存在: 三維數(shù)值模型的建立費時費力，比如單一的柱形交叉隧道網(wǎng)格，控制點數(shù)多達14 個，如若對交叉巷道的角度有要求，控制點的空間關(guān)系、坐標計算更加耗費人力和時間，從而加長整個數(shù)值模擬計算的周期。因此，拱形交叉巷道快速建模方法的研究勢在必行。

1、FLAC3D單元分析

　　柱形交叉隧道網(wǎng)格形狀如圖1，控制點共計14個，分析其在FLAC3D 中的網(wǎng)格構(gòu)建方式，可將其分解為如圖2 的3 個單元體，其中包括: 2 個柱形隧道外圍漸變放射網(wǎng)格、1 個六面塊體網(wǎng)格。

圖1 柱形交叉隧道網(wǎng)格

圖2 柱形交叉隧道分解圖

　　在FLAC3D中，柱形交叉隧道網(wǎng)格的構(gòu)建也是將其自動分解為如圖2 的3 個部分，但是直接使用柱形交叉隧道網(wǎng)格構(gòu)建交叉巷道模型，就不能控制柱形交叉隧道網(wǎng)格在FLAC3D內(nèi)部分解后的3 個單元體的坐標，對后續(xù)的相鄰子網(wǎng)格對齊工作也會增加難度。

4、結(jié)論

　　分析研究了目前利用FLAC3D 進行數(shù)值模擬計算時建立網(wǎng)格模型的一般方法，分析了FLAC3D常用單元網(wǎng)格的構(gòu)筑方式及復雜單元網(wǎng)格的特性，結(jié)合繪圖軟件AutoCAD 的使用廣泛性，完成了針對采礦工程領(lǐng)域中拱形交叉巷道數(shù)值模擬問題的FLAC3D數(shù)值模型的快速建立，各模型均采用attach face 命令檢查了其建立的正確性:

　　( 1) 將AutoCAD 圖形的DXF 文件信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可被FLAC3D數(shù)值模擬軟件所利用的建模數(shù)據(jù)。

　　( 2) 分析了FLAC3D網(wǎng)格劃分的原理，結(jié)合Auto-CAD 圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點，完成了AutoCAD 圖形文件DXF 格式文件信息數(shù)據(jù)向FLAC3D模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

　　( 3) 結(jié)合立體幾何、井巷工程、采礦學及FLAC3D模型構(gòu)建等方面知識，將AutoCAD 平面二維模型做可控調(diào)整，建立可控制角度的拱形交叉巷道模型，提高了已有的AutoCAD 平面二維模型的利用率。