多心圓隧道用FLAC3D直接建模的方法

1、多心圓隧道直接用FLAC3D建模丁其樂 2013/6/18多心圓隧道模型使用 FLAC3D建模的難點在于FLAC3D中并沒有以不規(guī)則曲線為邊界的原 始3D基本網格，隧道的斷面圖見圖一O4隧道內輪廓線是由多個圓弧做成的，所以內部區(qū)域模型只能通過3D基本網格拼接而成，這時我想到了使用cylinder （圓柱體形網格）拼接，但是這個圓弧的圓心并不是一個點，怎么 辦？這時我想到了通過 fish來調整圓心位置，使得各圓弧的圓心都調整到O1位置，同時又要保證各圓弧的圓弧線不變，且內部網格點的相對位置不變。下面我以一個簡單的例子來說明我調整的過程：圖二在圖二中圓弧 O1AB的圓心為O1,圓心坐標為（X1,Z

2、1 ），現在通過坐標調整把圓弧 O1AB 所占區(qū)域調整到 O2AB （如上圖所示），O2的坐標為（X2 , Z2），同時O1A上面一點M1 , 調整之后在 O2A上為M2。 A和M1的坐標分別為 A（Ax,Az）和M1（M1x,M1z）。|O1M1|O1A|(i)|M1A|O1A|= 1-k(2)M2的坐標為M2x,M2y則：M 2x M1x = k (O2xO1x)(3)M2z-M1z = k(O2z-O1z)(4)由(3)、(4)就以求出來 M2的坐標。下面用一個簡單的例子說明實現代碼。newtitle調整圓弧區(qū)域到指定位置;定義參數def para;O1的平面坐標O1x=-2.9O1z=

3、0;O2的平面坐標O2x=0O2z=0r1=5.9; O1的半徑a1=0*degrad ;A點與X軸的夾角a2=30*degrad ;B點與X軸的夾角;A B點的坐標Ax=r1*cos(a1)+O1xAz=r1*sin(a1)+O1zBx=r1*cos(a2)+O1xBz=r1*sin(a2)+O1zendpara;生產模型調整'原始'為了gen zo cyl p0 (O1x,0,O1z) p1 (Ax,0,Az) p2(O1x,1,O1z) p3(Bx,0,Bz) size 4 1 6 group gen zo cyl p0 (O1x,2,O1z) p1 (Ax,2,Az)

4、p2(O1x,3,O1z) p3(Bx,2,Bz) size 4 1 6 group 對比而建;調整節(jié)點位置def dingpg=gp_headloop while gp_group(pg,1)='調整'xx=gp_xpos(pg)zz=gp_zpos(pg)k=sqrt(xx-O1x)A2+(zz-O1z)A2)/r1 k1=1-kgp_xpos(pg)=k1*(O2x-O1x)+xx gp_zpos(pg)=k1*(O2z-O1z)+zz pg=gp_next(pg)end_loopenddingpl bl gr結果圖三圖三從圖中可以看出來兩個區(qū)域的圓弧線完全一樣，但是圓心

5、和對應的節(jié)點已經調整到了我們想要的位置。克服了這個難關，再建立多心圓隧道的模型就簡單多了。下面給出圖一模型的代碼：newtitle隧道建模;定義參數def set_para;O1的平面坐標O1x=0O1z=0;O2的平面坐標O2x=2.9O2z=0;O3的平面坐標 O3x=-1.70 O3z=-1.40;O4的平面坐標O4x=0 O4z=3.66 r1=3.0;O1的半徑r2=5.9;O2的半徑r3=1.09;O3 的半徑r4=6.44;O4 的半徑a1=90*degrad a2=180*degrad a3=197*degrad a4=251*degrad a5=270*degrad d=0.

6、5;襯砌的厚度end set_para ;各關鍵點的坐標 def keypoint;襯砌內層關鍵點 x1=r1*cos(a1)+O1x z1=r1*sin(a1)+O1z x2=r2*cos(a2)+O2x z2=r2*sin(a2)+O2z x3=r3*cos(a3)+O3x z3=r3*sin(a3)+O3z x4=r4*cos(a4)+O4x z4=r4*sin(a4)+O4z x5=r4*cos(a5)+O4x z5=r4*sin(a5)+O4z ;襯砌外層關鍵點 x6=(r1+d)*cos(a1)+O1x z6=(r1+d)*sin(a1)+O1z x7=(r2+d)*cos(a2)

7、+O2x z7=(r2+d)*sin(a2)+O2z x8=(r3+d)*cos(a3)+O3x z8=(r3+d)*sin(a3)+O3z x9=(r4+d)*cos(a4)+O4x z9=(r4+d)*sin(a4)+O4z x10=(r4+d)*cos(a5)+O4xz10=(r4+d)*sin(a5)+O4z；圍巖外層關鍵點x11=0z11=6x12=-6z12=6x13=-6z13=0x14=-6z14=-2.4x15=-6z15=-4.8x16=-6z16=-6x17=-4.8z17=-6x18=-2.4z18=-6x19=0z19=-6endkeypoint;調整節(jié)點位置def

8、set_position pg=gp_head loop while pg#nullinnerID=int(gp_group(pg,1) caseof innerID case 1Bef_centreX=O1xBef_centreZ=O1zEnd_centreX=O1xEen_centreZ=O1z R=r1 case 2Bef_centreX=O2xBef_centreZ=O2zEnd_centreX=O1xEen_centreZ=O1z R=r2 case 3Bef_centreX=O3xBef_centreZ=O3z;調整前的圓心坐標;調整后的圓心坐標;調整前的圓心坐標;調整后的圓心坐標

9、;調整前的圓心坐標;調整后的圓心坐標End_centreX=O1xEen_centreZ=O1zR=r3case 4Bef_centreX=O4x;調整前的圓心坐標Bef_centreZ=O4zEnd_centreX=O1x;調整后的圓心坐標Een_centreZ=O1z R=r4 endcase xx=gp_xpos(pg) zz=gp_zpos(pg) dist=sqrt(xx-Bef_centreX)A2+(zz-Bef_centreZ)A2) k=dist/R k1=1-kgp_xpos(pg)=(End_centreX-Bef_centreX)*k1+xx gp_zpos(pg)=(

10、End_centreZ-Bef_centreZ)*k1+zz pg=gp_next(pg) end_loopend;生成模型;生成內部洞室區(qū)域gen zo cyl p0(O1x,0,O1z)p1(x1,0,z1)p2(O1x,1,O1z) p3(x2,0,z2) size6 110 group 1;01扇形gen zo cyl p0(O2x,0,O2z)p1(x2,0,z2)p2(O2x,1,O2z) p3(x3,0,z3) size6 14group 2;O2扇形gen zo cyl p0(O3x,0,O3z)p1(x3,0,z3)p2(O3x,1,O3z) p3(x4,0,z4) size

11、6 12group 3;O3扇形gen zo cyl p0(O4x,0,O4z)p1(x4,0,z4)p2(O4x,1,O4z) p3(x5,0,z5) size6 14group 4;O4扇形set_position;調整節(jié)點位置group inner;重命名;生成襯砌gen zo cshell p0 (O1x,0,O1z) p1 (x6,0,z6) p2(O1x,1,O1z) p3(x7,0,z7) p8 (x1,0,z1) p9(x2,0,z2) & p10 (x1,1,z1) p11(x2,1,z2) size 1 1 10 6 group linner ;01 圓環(huán)gen z

12、o cshell p0 (O2x,0,O2z) p1 (x7,0,z7) p2(O2x,1,O2z) p3(x8,0,z8) p8 (x2,0,z2) p9(x3,0,z3) & p10 (x2,1,z2) p11(x3,1,z3) size 1 1 4 6 group linner ;02 圓環(huán)gen zo cshell p0 (O3x,0,O3z) p1 (x8,0,z8) p2(O3x,1,O3z) p3(x9,0,z9) p8 (x3,0,z3) p9(x4,0,z4) & p10 (x3,1,z3) p11(x4,1,z4) size 1 1 2 6 group li

13、nner ;03 圓環(huán)gen zo cshell p0 (O4x,0,O4z) p1 (x9,0,z9) p2(O4x,1,O4z) p3(x10,0,z10) p8 (x4,0,z4) p9(x5,0,z5)& p10 (x4,1,z4) p11(x5,1,z5) size 1 1 4 6 group linner ;04 圓環(huán);生成圍巖gen zo radcyl p0 (O1x,0,O1z) p1 (x11,0,z11) p2(O1x,1,O1z) p3(x13,0,z13)p6(x12,0,z12) p7 (x12,1,z12) p8 (x6,0,z6) &p9 (x7,

14、0,z7) p10(x6,1,z6) p11(x7,1,z7) size 7 1 10 3 group rock ;01 圍巖gen zo radcyl p0 (O2x,0,O2z) p1 (x13,0,z13) p2(O2x,1,O2z) p3(x15,0,z15)p6(x14,0,z14) p7 (x14,1,z14) p8 (x7,0,z7) &p9 (x8,0,z8) p10(x7,1,z7) p11(x8,1,z8) size 7 1 4 3 group rock ;02 圍巖gen zo radcyl p0 (O3x,0,O3z) p1 (x15,0,z15) p2(O3x

15、,1,O3z) p3(x17,0,z17)p6(x16,0,z16) p7(x16,1,z16) p8 (x8,0,z8) &p9 (x9,0,z9) p10(x8,1,z8) p11(x9,1,z9) size 7 1 2 3 group rock ;03 圍巖gen zo radcyl p0 (O4x,0,O4z) p1 (x17,0,z17) p2(O4x,1,O4z) p3(x19,0,z19)p6(x18,0,z18) p7 (x18,1,z18) p8 (x9,0,z9) &p9 (x10,0,z10) p10(x9,1,z9) p11(x10,1,z10) siz

16、e 7 1 4 3 group rock ;04 圍巖gen merge 0.01;合并同一位置節(jié)點gen zo ref norm 1 0 0;映射pl bl gr模型結果如圖四所示:圖四從圖四中可以看出隧道的內輪廓線和設計的一致，符合實際情況。然而有很多人直接用cylinder模塊建模，他們往往是直接指定幾個關鍵點，把每個圓弧區(qū)域的圓心都指定在O1處，我以在仿真論壇里看到很多網友這樣的實例。下面我以他們的思路來建立O2區(qū)域的模型。他們也許是這樣：Gen zo cyl p0 0 0 0 p1 -3 0 0 p2 0 1 0 p3 -2.742 0 -1.725 group their'再給出原始的扇形區(qū)域作為參考Gen zo cyl p0 2.9 3 0 p1 -3 3 0 p2 2.9 4 0 p3 -2.742 3 -1.725 group primitive '對比圖如圖五圖五從圖五中能夠看出用這種方法建立的模型輪廓線已經與原來的圓弧形不一致，這種方法建立的模型只能算作一種與設計圖的近似，究竟這種近似與真實的情況相差多少還沒人研究，所以我