[发明专利]一种复杂地质条件下边坡三维有限元网格生成方法

权利要求书

1.一种复杂地质条件下边坡三维有限元网格生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)基于CAD平台提取边坡等高线和地质界面高程点数据：利用CAD软件编辑边坡等高线和不同地质界面的多段线POLYLINE图元，并定义在不同图层中，然后采用Fortran语言编程读取图元中的多段线节点坐标数据，得到边坡等高线和不同地质界面上高程点的空间X、Y、Z三向坐标信息；

2)建立目标范围平面投影的网格节点数据；

3)根据等高线和地质界面高程点数据、以及平面网格节点数据，基于反距离插值方法构建目标范围内的三维网格节点数据；

所述目标范围内的三维网格节点数据的构建方法为：首先确定目标范围的最低高程，采用反距离插值方法，根据步骤2)获得的目标范围内平面网格节点的X、Y坐标数据以及步骤1)获得的等高线和地质界面高程点数据，插值得到平面网格节点的Z坐标信息，生成网格划分的三维控制面的点云数据；然后以等高线或地质界面为源面，下一层地质界面为目标面，采用扫略的方式向下平移直至最低高程，获得目标范围内的三维网格节点数据，并记录节点的层数；

通过下述方法确定所述平面网格节点的Z坐标：采用反距离插值方法，将平面投影范围划分n个象限，在等高线或地质界面高程点数据中，寻找每个象限内在投影平面上离被插值点(X，Y，Z)最近的高程点(X_i，Y_i，Z_i)，计算被插值点的Z坐标

式中，D_i为第i象限在平面投影上距被插值点最近的高程点与该被插值点间的距离，

4)创建规定节点次序的网格节点及单元，得到三维有限元网格；其中，生成的三维有限元网格均为六面体单元，在地质界面附近的过渡区域可能会出现一些退化的六面体单元；

5)检查生成的有限元网格质量，如不合格，返回步骤3)，重新生成有限元网格；通过对有限元网格的单元进行等参变换求值来判断有限元网格质量，若单元进行等参变换时雅克比行列式的值均大于0，表明有限元网格质量达到要求。

2.根据权利要求1所述的复杂地质条件下边坡三维有限元网格生成方法，其特征在于，当边坡等高线或地质界面上高程点数量不足时，在所述多段线POLYLINE图元内采用等分方式在多段线相邻节点之间添加高程控制点。

3.根据权利要求1所述的复杂地质条件下边坡三维有限元网格生成方法，其特征在于，步骤2)中，先确定有限元计算范围，给定有限元网格平面投影范围，然后采用平面内两个方向等分方式，生成目标范围网格节点的X、Y坐标数据，记录节点的行数和列数。

4.根据权利要求1所述的复杂地质条件下边坡三维有限元网格生成方法，其特征在于，将所述平面投影范围划分为8个象限。

5.根据权利要求1所述的复杂地质条件下边坡三维有限元网格生成方法，其特征在于，步骤4)中，根据步骤3)获得的三维网格节点数据，过滤掉重复节点，并对节点重新编号；然后对空间节点进行有序组合，构建边坡三维有限元网格的单元，单元内节点组合次序采用右手法则。