[发明专利]一种计算节理锥及块体稳定性的可视化方法

说明书

一种计算任意块体节理锥、判断块体稳定性的可视化方法，包括计算块体的节理锥；判断块体的可移动状态；当块体是可移动状态且无平行面时，绘制该节理锥的平衡区域图；动态绑定平衡区域图的区域和三维块体的面，当用户在平衡区域图上任意选择一个合力位置时，光标所在的区域和相应的块体滑动面高亮显示。本发明提供一种计算块体节理锥的方法，并结合平衡区域图分析块体稳定性的交互式可视化方法，适用于任意几何形状的块体。用户不需要学习块体理论的赤平投影图和平衡区域图，即可用它准确性而高效地辨别块体的稳定状态。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，具体涉及一种计算块体的节理锥、判断块体稳定性的可视化方法。

背景技术

块体理论是岩石力学的基础理论之一，它仅使用节理面和临空面就可简单而高效的判断是否存在可移动块体，再结合当前力学条件给出块体稳定性的分析，判断可移动块体是否为关键块体，从而为工程给出支护建议。在实际应用中，工程师必须将在工程现场采集的勘测数据简化为节理信息，再通过赤平投影图和平衡区域图分析块体的可移动性与稳定性。这个过程有两个难点:(1)赤平投影图和平衡区域图表达较为抽象，需要大量的练习才能掌握；(2)经典的关键块体理论只给出凸块的解决方案，但非凸块在土木工程中非常常见，例如地下洞室、角落和入口处的凹块体。

发明内容

鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本发明实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种计算任意形状块体的节理锥及判断块体稳定性的可视化方法，具体方案如下：

作为本发明的第一方面，提供一种块体稳定性的可视化方法，所述方法包括以下步骤：

S001，计算块体的节理锥；

S002，判断块体的可移动状态；

S003，当块体是可移动状态且无平行面时，绘制该节理锥的平衡区域图；

S004，动态绑定平衡区域图的区域和三维块体的面，当用户在平衡区域图上任意选择一个合力位置时，光标所在的区域和相应的块体滑动面高亮显示。

进一步地，S001中，计算块体的节理锥具体包括：

S101，获取块体的节理面的法向量的相反向量N_i；

S102，计算以N_i为法向量且过原点的平面P_i；

S103，计算任意两个平面P_i/P_j的交线，并取交线上两个相反向量E_ij和-E_ij；

S104，依次为向量E_ij/-E_ij执行S105，所有向量检测完成后执行S106；

S105，分别检测向量E_ij/-E_ij是否在除平面P_i和P_j外所有平面的上半空间，如是则保存到结果R中，否则忽略；

S106，如果结果R不为空，则执行S107，否则执行S108；

S107，块体在几何空间上可移动，按交向量的相邻平面排序使交向量及平面首尾相连，构建完成节理锥，算法结束；

S108，块体在几何空间上不可移动，算法结束。

进一步地，S004中，动态绑定平衡区域图的区域和三维块体的面，具体包括：

S201，按法线对块体的面进行分组，按每个法线创建节理面，生成节理锥，建立三维块体与节理锥棱锥体之间的关系；

S202，按块体节理锥绘制平衡区域图；