專利名稱：一種三棱柱地質(zhì)模型的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三棱柱地質(zhì)模型的構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
數(shù)值模擬技術(shù)是土木工程力學(xué)分析的重要手段，地質(zhì)模型構(gòu)建則是數(shù)值模擬前處理的主要組成部分。然而，在復(fù)雜地質(zhì)成因影響下，成層分布的地質(zhì)模型在進(jìn)行有限元網(wǎng)格剖分時(shí)卻常因部分關(guān)鍵薄弱地層的存在而出現(xiàn)網(wǎng)格極不規(guī)則、薄層地層難以準(zhǔn)確構(gòu)建的現(xiàn)象，造成模型實(shí)現(xiàn)困難，計(jì)算結(jié)果失真。同時(shí)，由于復(fù)雜層狀地層通常只能采用四面體網(wǎng)格劃分，其計(jì)算速度、精度遠(yuǎn)遜于六面體、三棱柱網(wǎng)格等，因此，優(yōu)化構(gòu)建模型方法極具工程應(yīng)用意義。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于針對(duì)土木工程等領(lǐng)域的層狀地質(zhì)模型對(duì)象，提供一種能夠自下而上的、基于節(jié)點(diǎn)虛實(shí)對(duì)應(yīng)快速生成三棱柱地質(zhì)模型的構(gòu)建方法。技術(shù)方案:本發(fā)明所述的三棱柱地質(zhì)模型的構(gòu)建方法，包括如下步驟:
步驟I設(shè)置模型底 面控制區(qū)域，并將模型底面剖分為長(zhǎng)度不等的三角形網(wǎng)格單元(圖
1)，然后將關(guān)鍵薄弱地層控制范圍向模型底面投影，從而將模型底面控制區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)劃分為3類:關(guān)鍵控制區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)(圖2)、關(guān)鍵控制區(qū)外節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵控制邊界節(jié)點(diǎn)(圖3)，所述的模型底面控制區(qū)域節(jié)點(diǎn)總數(shù)目為ηρΟ，單元總數(shù)目為neO ；
步驟2生成層次地質(zhì)模型需要已知模型底面高程和各層材料的邊界面控制點(diǎn)，然而在實(shí)際地質(zhì)建模過(guò)程中，復(fù)雜的地質(zhì)地層邊界面難以確定，通常采用地質(zhì)鉆孔勘探，根據(jù)勘探結(jié)果插值得到地層材料分界面。本發(fā)明是在已知層邊界面基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。根據(jù)地層信息按層生成三棱柱網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，并對(duì)其賦予虛節(jié)點(diǎn)編號(hào)，定義模型底面高程zO，從下向上依次分別確定各地層材料分界面及地表面，則第I層地層位于模型底面與第I層地層分界面之間，第2層材料位于第I層地層分界面與第2層地層分界面之間，……，依次類推，第N層地層位于第N-1層地層分界面與第N層地層分界面之間；采用長(zhǎng)度dzl對(duì)介于第I層的三棱柱進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，若上下地層邊界?duì)應(yīng)的三棱柱節(jié)點(diǎn)最大高程差為dzzl，則該層地層劃分的網(wǎng)格層數(shù)Nl=dzzl/dzl，NI采用進(jìn)一法取整，于是第I層地層可由NI層網(wǎng)格單元控制，每一層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)目均為ηρΟ，單元數(shù)目為neO，故該地層網(wǎng)格中第i層第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)可記為(i_l)*np0+j ;遍歷第I層材料所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，將每一節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前地層邊界進(jìn)行比較，若節(jié)點(diǎn)位于地層邊界上方，將節(jié)點(diǎn)沿其所在三棱柱棱方向平移至當(dāng)前地層分界面上；同理，對(duì)于第k層地層進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，以第k-Ι層地層上邊界為底面，采用長(zhǎng)度dzk對(duì)介于第k層的三棱柱進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，若上下地層邊界?duì)應(yīng)的三棱柱節(jié)點(diǎn)最大高程差為dzzk，則第k層地層劃分的網(wǎng)格層數(shù)Nk=dzzk/dzk，Nk采用進(jìn)一法取整，于是第k層地層可由Nk層網(wǎng)格單元控制，由于每一層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)目同樣為ηρΟ，單元數(shù)目亦同樣為neO，故第k層地層網(wǎng)格中第I層第m個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)可記為(l-l)*np0+m;遍歷第k層所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，將每一節(jié)點(diǎn)與第k層地層上邊界進(jìn)行比，若節(jié)點(diǎn)位于第k層地層上邊界上方，將節(jié)點(diǎn)沿其所在三棱柱棱方向平移較至當(dāng)前地層分界面上；依次從下而上遍歷所有地層，即可生成地質(zhì)模型；
當(dāng)對(duì)關(guān)鍵薄弱地層進(jìn)行網(wǎng)格單元構(gòu)建時(shí)，需將關(guān)鍵控制區(qū)內(nèi)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵控制區(qū)外網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵控制邊界節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行處理，其特征在于，關(guān)鍵控制區(qū)內(nèi)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)劃分時(shí)，關(guān)鍵薄弱地層下邊界為底部之下一層的上邊界，上邊界則為頂部之上的下邊界或地表面，關(guān)鍵控制區(qū)外網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)劃分時(shí)，關(guān)鍵薄弱地層下邊界與上邊界相同，關(guān)鍵控制邊界節(jié)點(diǎn)位置，地層上、下邊界亦相同；以關(guān)鍵薄弱地層控制邊界為準(zhǔn)僅針對(duì)控制區(qū)域內(nèi)所有薄弱地層三棱柱進(jìn)行網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)劃分，即可生成厚度為d的薄層單元，即控制軟弱地層；
步驟3自模型底面zO開(kāi)始，以模型底面三角形網(wǎng)格為控制條件，按照第i層與i+Ι層虛節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單元構(gòu)建，并依次向地表推進(jìn)，若第i層平面單元網(wǎng)格下方節(jié)點(diǎn)為k，1，m，則該網(wǎng)格單元對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)為k, I, m, k+npO, 1+npO, m+ηρθ ;由于單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)有重合,故單元可看作由虛節(jié)點(diǎn)組成,虛節(jié)點(diǎn)總數(shù)目為(NT+1) *np0，NT為地質(zhì)模型網(wǎng)格總層數(shù)；
步驟4自模型底面zO開(kāi)始，重新對(duì)網(wǎng)格虛節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，對(duì)第i層第j個(gè)節(jié)點(diǎn)，判斷其在沿豎向與i_l層相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)是否重合，若重合則該節(jié)點(diǎn)記為上一層節(jié)點(diǎn)編號(hào)，否貝U該節(jié)點(diǎn)為新的實(shí)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行編號(hào)，遍歷所有網(wǎng)格虛節(jié)點(diǎn)，最終可得到實(shí)節(jié)點(diǎn)總數(shù)NP;遍歷所有網(wǎng)格單元，對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行體積計(jì)算，若單元體積為0，則剔除該單元，若體積大于0，則對(duì)該單元進(jìn)行單元編號(hào)，最終得實(shí)單元總數(shù)目為NE。步驟5遍歷所有網(wǎng)格單元，將每一個(gè)實(shí)單元中的虛節(jié)點(diǎn)用該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)替換，然后將節(jié)點(diǎn)單元信息按特定格式輸出，則可生成相應(yīng)三棱柱地質(zhì)模型。通過(guò)采用上述技術(shù)，本發(fā)明對(duì)復(fù)雜地質(zhì)模型生成的時(shí)間可由幾天甚至數(shù)月縮短到幾十分鐘，節(jié)約了大量的寶貴時(shí)間。除此之外，采用本發(fā)明，還可靈活的生成網(wǎng)格單元十分規(guī)則的軟弱薄層，網(wǎng)格單元均為三棱柱，不僅降低了網(wǎng)格單元數(shù)目還減少了畸形網(wǎng)格單元，從而保證了數(shù)值計(jì)算結(jié)果的可靠性。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益`效果是:1、以節(jié)點(diǎn)虛實(shí)對(duì)應(yīng)方式構(gòu)建模型，解決了關(guān)鍵薄弱地層模型實(shí)現(xiàn)困難的問(wèn)題，極大地提高了建模效率，且建模簡(jiǎn)便、快捷；2、網(wǎng)格單元采用三棱柱，避免了因模型材料邊界復(fù)雜而需用大量四面體建模的情況，相比于四面體網(wǎng)格單元模型，其單元總數(shù)約四面體網(wǎng)格單元模型單元總數(shù)一半，從而極大的縮短計(jì)算時(shí)間；3、該建模方法不僅適用于地質(zhì)模型的構(gòu)建，對(duì)于其他領(lǐng)域的復(fù)雜材料邊界的模型構(gòu)建同樣適用，故其適用范圍廣泛，可控性較強(qiáng)，建立的模型精度更高?？傊?，本發(fā)明自下而上的、基于節(jié)點(diǎn)虛實(shí)對(duì)應(yīng)快速生成三棱柱網(wǎng)格單元的地質(zhì)模型構(gòu)建方法，構(gòu)建的地質(zhì)力學(xué)模型網(wǎng)格較四面體更為規(guī)則，薄弱層網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)方便、準(zhǔn)確，節(jié)點(diǎn)單元數(shù)目銳減，計(jì)算速度快，結(jié)果更精確。


圖1為模型底面控制網(wǎng)格圖。圖2關(guān)鍵薄弱區(qū)域投影圖。圖3為模型控制區(qū)域邊界圖。圖4為簡(jiǎn)化模型地面控制網(wǎng)格及控制邊界圖。圖5為簡(jiǎn)化模型第一層材料生成圖。
圖6為簡(jiǎn)化模型第一層材料修正圖。圖7為簡(jiǎn)化模型兩層材料邊界修正圖。圖8為簡(jiǎn)化模型層狀地質(zhì)網(wǎng)格圖 圖9為復(fù)雜模型地面控制網(wǎng)格圖。圖10為復(fù)雜模型控制區(qū)域邊界圖。圖11為復(fù)雜模型層狀地質(zhì)網(wǎng)格圖。圖12為關(guān)鍵薄弱層網(wǎng)格圖。圖13為層狀地質(zhì)模型生成流程圖。
具體實(shí)施例方式為了容易理解本發(fā)明層狀地質(zhì)的建模技術(shù)，下面分別從采用簡(jiǎn)單和復(fù)雜兩個(gè)模型實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施例1:(簡(jiǎn)單模型)
步驟I某簡(jiǎn)化地質(zhì)模型底面高程z0=0m，其底面區(qū)域?yàn)橐婚L(zhǎng)方形，長(zhǎng)100m，寬60m，矩形區(qū)域內(nèi)粗線框?yàn)殛P(guān)鍵薄弱地層控制范圍在模型底面的投影，首先將模型底面每IOm劃分一個(gè)正方形網(wǎng)格，然后依次連接其對(duì)角線，則每個(gè)小正方形網(wǎng)格又可剖分為兩個(gè)三角形網(wǎng)格，最終得到模型底面區(qū)域節(jié)點(diǎn)總數(shù)np0=77個(gè)，三角形網(wǎng)格單元總數(shù)npe=120個(gè)，如圖4所示。步驟2根據(jù)模型 底面和第一層材料的上邊界面生成第一層材料，設(shè)置網(wǎng)格層間距dzl=10m，根據(jù)已知材料邊界面可計(jì)算模型底面與第一層材料分界面最大層間距為dzzl=75m,則第一層材料劃分的層數(shù)Nl=dzzl/dzl=75/10=7.5，按進(jìn)一法取Nl=8,自模型底面依次向上生成8層控制網(wǎng)格層，每層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)均為77個(gè)，平面單元為120個(gè)，則第i層第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)可表示為(i_l)*np0+j，自模型底面依次對(duì)第i層與i+Ι層虛節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單元構(gòu)建。如第i層某平面三角單元的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為k，l，m ;第i+Ι層相應(yīng)平面三角單元的網(wǎng)格對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)為k+ηρθ, 1+npO, m+ηρθ,則該三棱柱網(wǎng)格單元由節(jié)點(diǎn)k, I, m, k+ηρθ, 1+npO, m+ηρθ,第一層材料網(wǎng)格構(gòu)建如圖5所示。對(duì)于生成的8層控制網(wǎng)格層逐節(jié)點(diǎn)與第一層材料上邊界面比較，將高于材料上邊界面的節(jié)點(diǎn)，豎直向下移至材料上邊界面，如圖6所示。步驟3依第一層材料的上邊界面為底面生成第二層材料，網(wǎng)格層間距dz2仍設(shè)置為10m，經(jīng)計(jì)算第二層材料最大層間距dzz2=48m (第二層材料底面節(jié)點(diǎn)與其相對(duì)應(yīng)上邊界節(jié)點(diǎn)距離的最大值)，劃分層數(shù)N2=dzz2/dz2=28/10=2.8，取N2=3，自第二層材料底面依次向上生成3層控制網(wǎng)格層，遍歷第二層材料所有節(jié)點(diǎn)，將高于其上邊界面的節(jié)點(diǎn)豎直下移至其上邊界面上，最終結(jié)果如圖7所示。步驟4關(guān)鍵薄弱控制層的生成，為方便起見(jiàn)本模型的關(guān)鍵薄弱層位于地表面，即第三層。對(duì)關(guān)鍵控制區(qū)內(nèi)、關(guān)鍵控制區(qū)外和關(guān)鍵控制邊界上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行處理，本例關(guān)鍵控制區(qū)內(nèi)的上邊界為地 表面，下邊界為第二層材料的上邊界，關(guān)鍵控制區(qū)外和關(guān)鍵控制邊界的邊界面面上下重合，均為第二層材料上邊界。根據(jù)步驟3，關(guān)鍵薄弱地層僅在關(guān)鍵控制區(qū)內(nèi)生成網(wǎng)格控制層。步驟5自模型底面第一層對(duì)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，對(duì)第i層第j個(gè)節(jié)點(diǎn)，判斷其與i_l層相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)是否重合，若重合則該節(jié)點(diǎn)記為上一層節(jié)點(diǎn)實(shí)編號(hào)，否則該節(jié)點(diǎn)為新的實(shí)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行編號(hào)，最終可得到實(shí)節(jié)點(diǎn)總數(shù)NP=952個(gè)；遍歷所有地層材料求每個(gè)單元的體積，若單元體積為O則剔除該單元，若體積大于O則為此單元并進(jìn)行單元編號(hào)，最終得實(shí)單元總數(shù)NE=I 164個(gè)。步驟6遍歷所有地層材料，將每一個(gè)單元中的虛節(jié)點(diǎn)用該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)替換，最后將節(jié)點(diǎn)單元信息按特定格式輸出，則生成相應(yīng)三棱柱地質(zhì)模型如圖8所示。實(shí)施例2:(復(fù)雜模型)
某層狀復(fù)雜地質(zhì)模型分三層，位移地表的堆積物為控制層，其地表出露邊如圖9，在該堆積物底部有一層0.2m厚的軟弱層。應(yīng)用本發(fā)明建模步驟如下:
(I)首先設(shè)置模型底面控制區(qū)域如圖9所示，將模型底面剖分為長(zhǎng)度不等的三角形網(wǎng)格單元，可得到底層節(jié)點(diǎn)總數(shù)np0=8000個(gè)，三角形單元總數(shù)npe=15642個(gè)，然后將關(guān)鍵薄弱地層控制范圍向模型底面投影，根據(jù)投影區(qū)域?qū)⒛Ｐ偷酌婀?jié)點(diǎn)劃分為三類:關(guān)鍵控制區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵控制區(qū)邊界節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵控制區(qū)外節(jié)點(diǎn)，以方便薄弱層的控制生成如圖10所示。
(2)根據(jù)已知地層材料邊界面生成地層材料，設(shè)置每層網(wǎng)格層間距dzi=100m，自模型底面向上每層材料最大層間距距依次為1495，192，2m，則劃分的層數(shù)依次為15，2，1，依次自下而上生成控制網(wǎng)格層，根據(jù)已知各層材料的邊界面，在同層材料層內(nèi)，遍歷所有單元將高與此層材料上邊界面的節(jié)點(diǎn)，豎直向下移至材料邊界面上。對(duì)于薄弱層進(jìn)行特殊處理，即生成一層厚度dd=20cm的材料。(3)自模型底面第一層開(kāi)始對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，對(duì)于第i層第j個(gè)節(jié)點(diǎn)，判斷其與i_l層節(jié)點(diǎn)是否重合，若重合則該點(diǎn)對(duì)應(yīng)上一層節(jié)點(diǎn)編號(hào)，否則該節(jié)點(diǎn)為新的實(shí)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)。最終，可得到實(shí)節(jié)點(diǎn)數(shù)目NP= 89739個(gè)；遍歷所有單元對(duì)每個(gè)單元求體積，若單元體積為O則剔除該單元，若體積大于O則為實(shí)單元并進(jìn)行單元編號(hào)，最終得實(shí)單元總數(shù)目為NE= 161934個(gè)。(4)遍歷所有地層材料，將每一個(gè)單元中的虛節(jié)點(diǎn)用該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)替換，最后將節(jié)點(diǎn)單元信息按特定格式輸出，則可生成相應(yīng)三棱柱地質(zhì)模型如圖11所示，關(guān)鍵軟控制弱層如圖12所示。根據(jù)地層材料邊界面和模型底面高程，將模型底面剖分為長(zhǎng)度不等的三角形網(wǎng)格單元，然后將關(guān)鍵薄弱地層控制范圍向模型底面投影，從而將模型底面控制區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)劃分為3類，得到模型底面控制區(qū)域節(jié)點(diǎn)總數(shù)目ηρΟ，單元總數(shù)目neO。自模型底面向上建立網(wǎng)格控制層，直至地表面，根據(jù)地層材料邊界面將同層材料面上的節(jié)點(diǎn)豎直下移至邊界面，然后對(duì)各層材料節(jié)點(diǎn)實(shí)編號(hào)，剔除單元體積為O的單元，最終將模型中每個(gè)單元虛節(jié)點(diǎn)用實(shí)節(jié)點(diǎn)替換，虛實(shí)對(duì)應(yīng)起來(lái)，方可建立符合下列要求的地質(zhì)模型:①網(wǎng)格單元尺寸可控，均勻且規(guī)則；②薄弱層的生成控制十分靈活；③模型單元均為三棱柱，畸形單元少，計(jì)算精度較四面體高；④建模適用性廣泛，節(jié)約時(shí)間，模型越復(fù)雜，節(jié)約時(shí)間越多。通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)建模得到的節(jié)點(diǎn)單元信息按特定格式輸出可直接導(dǎo)入大型有限元ansys、有限差分flac3d等計(jì)算軟件，為用戶建模提供了極大的方便。如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對(duì)本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種三棱柱地質(zhì)模型的構(gòu)建方法，其特征在于包括如下步驟: (1)設(shè)置模型底面控制區(qū)域，并將模型底面剖分為長(zhǎng)度不等的三角形網(wǎng)格單元，然后將關(guān)鍵薄弱地層控制范圍向模型底面投影，從而將模型底面控制區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)劃分為3類:關(guān)鍵控制區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵控制區(qū)外節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵控制邊界節(jié)點(diǎn)，所述的模型底面控制區(qū)域節(jié)點(diǎn)總數(shù)目為npO,單元總數(shù)目為neO ; (2)根據(jù)地層信息按層生成三棱柱網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，并對(duì)其賦予虛節(jié)點(diǎn)編號(hào)，定義模型底面高程zO，從下向上依次分別確定各地層材料分界面及地表面；采用長(zhǎng)度dzl對(duì)介于第I層的三棱柱進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑羯舷碌貙舆吔鐚?duì)應(yīng)的三棱柱節(jié)點(diǎn)最大高程差為dzzl，則該層地層劃分的網(wǎng)格層數(shù)Nl=dzzl/dzl，NI采用進(jìn)一法取整，于是第I層地層可由NI層網(wǎng)格單元控制，每一層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)目均為ηρΟ，單元數(shù)目為neO，故該地層網(wǎng)格中第i層第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)可記為(i_l)*npO+j ;遍歷第I層材料所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，將每一節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前地層邊界進(jìn)行比較，若節(jié)點(diǎn)位于地層邊界上方，將節(jié)點(diǎn)沿其所在三棱柱棱方向平移至當(dāng)前地層分界面上；同理，對(duì)于第k層地層進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，以第k-Ι層地層上邊界為底面，采用長(zhǎng)度dzk對(duì)介于第k層的三棱柱進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，若上下地層邊界?duì)應(yīng)的三棱柱節(jié)點(diǎn)最大高程差為dzzk，則第k層地層劃分的網(wǎng)格層數(shù)Nk=dzzk/dzk，Nk采用進(jìn)一法取整，于是第k層地層可由Nk層網(wǎng)格單元控制，由于每一層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)目同樣為ηρΟ，單元數(shù)目亦同樣為neO，故第k層地層網(wǎng)格中第I層第m個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)可記為(l-l)*npO+m;遍歷第k層所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，將每一節(jié)點(diǎn)與第k層地層上邊界進(jìn)行比，若節(jié)點(diǎn)位于第k層地層上邊界上方，將節(jié)點(diǎn)沿其所在三棱柱棱方向平移較至當(dāng)前地層分界面上；依次從下而上遍歷所有地層，即生成地質(zhì)模型； (3)自模型底面zO開(kāi)始，以模型底面三角形網(wǎng)格為控制條件，按照第i層與i+Ι層虛節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單元構(gòu)建，并依次向地表推進(jìn)，若第i層平面單元網(wǎng)格下方節(jié)點(diǎn)為k，1，m，則該網(wǎng)格單元對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)為k, I, m, k+ηρθ, 1+npO, m+ηρθ ;由于單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)有重合,故單元可看作由虛節(jié)點(diǎn)組成,虛節(jié)點(diǎn)總數(shù)目為(NT+1) *np0，NT為地質(zhì)模型網(wǎng)格總層數(shù)； (4)自模型底面zO開(kāi)始，重新對(duì)網(wǎng)格虛節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，對(duì)第i層第j個(gè)節(jié)點(diǎn)，判斷其在沿豎向與i_l層相對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)`是否重合，若重合則該節(jié)點(diǎn)記為上一層節(jié)點(diǎn)編號(hào)，否則該節(jié)點(diǎn)為新的實(shí)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行編號(hào)，遍歷所有網(wǎng)格虛節(jié)點(diǎn)，最終可得到實(shí)節(jié)點(diǎn)總數(shù)NP;遍歷所有網(wǎng)格單元，對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行體積計(jì)算，若單元體積為0，則剔除該單元，若體積大于0，則對(duì)該單元進(jìn)行單元編號(hào)，最終得實(shí)單元總數(shù)目為NE ； (5)遍歷所有網(wǎng)格單元，將每一個(gè)實(shí)單元中的虛節(jié)點(diǎn)用該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)替換，然后將節(jié)點(diǎn)單元信息按特定格式輸出，則生成相應(yīng)三棱柱地質(zhì)模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三棱柱地質(zhì)模型的構(gòu)建方法，其特征在于:步驟(2)中，對(duì)關(guān)鍵薄弱地層進(jìn)行網(wǎng)格單元構(gòu)建時(shí)，將關(guān)鍵控制區(qū)內(nèi)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵控制區(qū)外網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵控制邊界節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行處理，關(guān)鍵控制區(qū)內(nèi)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)劃分時(shí)，關(guān)鍵薄弱地層下邊界為底部之下一層的上邊界，上邊界則為頂部之上的下邊界或地表面，關(guān)鍵控制區(qū)外網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)劃分時(shí)，關(guān)鍵薄弱地層下邊界與上邊界相同，關(guān)鍵控制邊界節(jié)點(diǎn)位置，地層上、下邊界亦相同；以關(guān)鍵薄弱地層控制邊界為準(zhǔn)僅針對(duì)控制區(qū)域內(nèi)所有薄弱地層三棱柱進(jìn)行網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)劃分，即可生成厚度為d的薄層單元，即控制軟弱地層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種三棱柱地質(zhì)模型的構(gòu)建方法，一、設(shè)置模型投影區(qū)域并劃分平面網(wǎng)格單元，將模型底面控制區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)劃分為控制區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)、控制區(qū)外節(jié)點(diǎn)和控制邊界節(jié)點(diǎn)；二、對(duì)于每層地質(zhì)材料劃分網(wǎng)格層，判斷節(jié)點(diǎn)是否位于該層材料邊界面上，將高于本層邊界面的本層材料節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)豎直下移材料分界面，對(duì)每層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，控制邊界和區(qū)域內(nèi)部特殊處理；三、依次對(duì)i層和i+1層對(duì)應(yīng)虛節(jié)點(diǎn)構(gòu)建三棱柱單元k，l，m，k+np0,l+np0,m+np0直至地表面；四、自第一層開(kāi)始對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，判斷與下層對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)是否重合，是則該節(jié)點(diǎn)采用對(duì)應(yīng)下層實(shí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，否則該節(jié)點(diǎn)為新的實(shí)節(jié)點(diǎn)；進(jìn)行實(shí)節(jié)點(diǎn)編號(hào)；五、將組成單元的虛節(jié)點(diǎn)用實(shí)節(jié)點(diǎn)替換，生成地質(zhì)模型。
文檔編號(hào)G06T17/05GK103236087SQ201310147540
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者石崇, 徐衛(wèi)亞, 朱其志, 王盛年, 王海禮, 王秀菊, 陳凱華, 張玉龍, 劉興寧, 孫懷昆 申請(qǐng)人:河海大學(xué)