[发明专利]基于等高线的复杂地形三维离散单元法数值模型建模方法

说明书

本发明提出的基于等高线的复杂地形三维离散单元法数值模型建模方法，属于地质工程及采矿工程领域中数值模拟研究领域。该方法首先获取建模区域的数字地形图，在区域边界和高程点稀疏的区域加密高程点并求取每个加密高程点的高程值，提取每个高程点的三维空间信息并保存；然后对数字地形图进行地表曲面样条插值，并绘制建模区域地表三维图形；将曲面样条插值后的所有高程点的三维空间信息输出到最终地形数据文件中，通过三维离散单元法软件建立三维数值模型；通过与地表三维图形对比验证，得到建模区域最终的三维离散单元法数值模型。本发明可对任一复杂地形区域进行高精度的数值建模，所建模型地表曲面与实际地形表面偏差小，有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于地质工程及采矿工程领域中的数值模拟研究领域，具体地涉及一种基于等高线的复杂地形三维离散单元法(3DEC)数值模型建模方法。

背景技术

地形地貌是普通地图上需要表示的重要基本要素，通常也将其称为地势或地形，特指地表的高低起伏形态。地形在地图上的表示方式有多种，如写景法、晕渲法、分层设色法和等高线法。其中等高线法最为常用，且表示精度最高，它的基本原理是：将地面高程相等的点连成平滑的曲线并将其投影到平面上。等高线在实际工程建设中有多种用途，如两点之间坡度的计算，工程开挖土方量的计算，水利工程汇水面积的计算，地表任一点海拔的确定等。

在岩土工程和采矿工程的数值模拟研究中，三维有限差分程序FLAC3D(FastLagrangian Analysis of Continua)和三维离散单元法程序3DEC(3Dimension DistinctElement Code)是最主要的两种软件，在进行数值模拟之前，首先应建立与模拟区域地形及地下岩层相一致的数值计算模型。当前，由于建模技术方法的限制，很多研究者在数值模拟计算中较少考虑实际地形起伏状况对数值模拟结果的影响，当然，对于平原地区，这种近似的建模方法是可行的，但在丘陵区或山区，由于地形起伏较大，如果不考虑地形变化的影响，模型过于简化，则数值模拟结果与现场实测结果将会存在较大误差，严重制约数值模拟计算的精度及其结果的可靠性。

针对这一问题，尽管有的研究者对复杂地形的数值建模进行了一定程度的研究，如尹士献博士在公开发表的论文《复杂地形三维数值建模研究》中提出：对于简单地形要采用空间曲面方程进行描述，对于复杂地形必须首先拟合出空间曲面方程，然后再利用数值软件中自定义函数功能建立三维数值模型。由于并不是所有的地形均可用曲面方程的形式加以描述，因此尹博士提出的方法，对于地形并不十分复杂的地区是较为适用的，但对于地形复杂的山区，这种方法便存在一定的局限性，建模精度将会大大降低，难以满足较高精度数值模拟计算的要求，另外，该方法前期数据处理工作量大，在实际操作时过程也较为复杂。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于等高线的复杂地形三维离散单元法数值模型建模方法。本发明所给出的建模方法可对任一复杂地形区域进行高精度的数值建模，智能化程度高，所建数值模型地表曲面与实际地形表面偏差很小，有较高的实际应用价值。

本发明提出的基于等高线的复杂地形三维离散单元法数值模型建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取建模区域的数字地形图；

确定研究区并获取研究区的数字地形图；对研究区数字地形图进行裁剪得到建模区域的数字地形图，所述建模区域的数字地形图上包括若干高程点；

2)在步骤1)得到的建模区域的数字地形图上，在区域边界和高程点稀疏的区域加密高程点，然后利用解析法求取每个加密高程点的高程值；

3)利用步骤2)完成加密高程点后的建模区域数字地形图，提取每个高程点的三维空间信息：包括每个高程点的(x,y)坐标和高程值，将所有高程点的三维空间信息保存为TXT或XLSX形式的建模区域地形数据文件；