技術(shù)特征：

1.一種基于分形算法的區(qū)域地質(zhì)體巖體裂隙模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)隧道圍巖屬性劃分不同區(qū)域：

在隧道路線設(shè)計(jì)圖中，含隧道起始點(diǎn)里程L₀，坐標(biāo)(x₀,y₀,z₀)，隧道終止里程L_n，坐標(biāo)(x_n,y_n,z_n)，中間部分隧道路線各節(jié)點(diǎn)里程值為L(zhǎng)₁，L₂，L₃，…，L_n-1，坐標(biāo)為(x₁,y₁,z₁)，(x₂,y₂,z₂)，(x₃,y₃,z₃)，…，(x_n-1,y_n-1,z_n-1)；

隧道整體區(qū)域以隧道不同的圍巖屬性信息分為不同的里程信息l₀，l₂，l₃，…，l_m首先根據(jù)里程信息計(jì)算不同里程分界點(diǎn)的三維坐標(biāo)(x_i,y_i,z_i)(0<i<m)：

x_i＝x_j+(x_j+1-x_j)·(l_i-L_j)/(L_j+1-L_j)(L_j<l_i<L_j+1) (0<i<m,0<j<n)，

y_i＝y(tǒng)_j+(y_j+1-y_j)·(l_i-L_j)/(L_j+1-L_j)(L_j<l_i<L_j+1) (0<i<m,0<j<n)，

z_i＝z_j+(z_j+1-z_j)·(l_i-L_j)/(L_j+1-L_j)(L_j<l_i<L_j+1) (0<i<m,0<j<n)；

步驟二、根據(jù)不同區(qū)域的圍巖屬性信息計(jì)算此區(qū)域分形深度：

隧道圍巖屬性根據(jù)破碎程度及巖性分為5級(jí)，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ；

步驟三、確定三維裂隙LS文法結(jié)構(gòu)：

將繪圖的每一時(shí)刻狀態(tài)定義為當(dāng)前位置矢量T，與前進(jìn)方向a的集合(T、a)，方向a共包括裂隙生長(zhǎng)的傾向α和傾角β兩部分；根據(jù)實(shí)際工程中裂隙的調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果，定義巖體裂隙的三種生長(zhǎng)方式：

P₁:F→F[+F]F[-F]F；

P₂:F→F[+F]F[-F[+F]]；

P₃:F→FF[-F+F+F]+[+F-F-F]；

步驟四、重取樣生成的三維模擬裂隙：

對(duì)整體區(qū)域工程區(qū)地質(zhì)體有限元化，然后判斷生成的分形裂隙節(jié)點(diǎn)是否在細(xì)化的有限元單元內(nèi)部，若在內(nèi)部，則保留該分形單元節(jié)點(diǎn)，若不在內(nèi)部則去除該裂隙節(jié)點(diǎn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分形算法的區(qū)域地質(zhì)體巖體裂隙模擬方法，其特征在于，所述步驟三中，在繪制分形裂隙時(shí)，需要利用隨機(jī)數(shù)函數(shù)生成隨機(jī)數(shù)，該隨機(jī)數(shù)函數(shù)將會(huì)給p一個(gè)新的隨機(jī)的數(shù)值，這樣一來(lái)，p值將會(huì)被固定，就不能采用隨機(jī)的生長(zhǎng)方式。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分形算法的區(qū)域地質(zhì)體巖體裂隙模擬方法，其特征在于，所述步驟三中，由于在定義生長(zhǎng)方式的時(shí)候定義的是三種生長(zhǎng)方式，所以將[0，1]劃分為3個(gè)區(qū)間，然后由p值所處于的區(qū)間段選取生長(zhǎng)方式，來(lái)完成分形裂隙的生長(zhǎng)、繪制。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分形算法的區(qū)域地質(zhì)體巖體裂隙模擬方法，其特征在于，所述步驟三中，由于從最開(kāi)始生長(zhǎng)一次時(shí)分形裂隙的形狀有三種可能，隨后又因隨機(jī)的p的值不同采取不同的生長(zhǎng)方式和順序，所以會(huì)模擬出不同姿態(tài)的分形裂隙。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于分形算法的區(qū)域地質(zhì)體巖體裂隙模擬方法，其特征在于，所述步驟三中，在選擇生長(zhǎng)方式時(shí)，將[0，1]劃分為[0，0.333]、(0.333，0.666]和(0.666，1]三個(gè)均勻的區(qū)間，此時(shí)，各生長(zhǎng)方式被選中的概率相同，所繪制的分形裂隙樹(shù)形比較隨機(jī)，不同時(shí)刻繪制的分形裂隙差別較大，各種生長(zhǎng)方式被選擇的概率不受控制。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分形算法的區(qū)域地質(zhì)體巖體裂隙模擬方法，其特征在于，所述步驟三中，在繪制分形裂隙時(shí)，可將生長(zhǎng)元中的生長(zhǎng)角度參數(shù)化，通過(guò)直接在需要調(diào)整的時(shí)候改變參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)樹(shù)形的改變。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于分形算法的區(qū)域地質(zhì)體巖體裂隙模擬方法，其特征在于，所述步驟三中，為控制樹(shù)形，可再引入?yún)?shù)U和V，同時(shí)可以將[0,1]劃分為[0,U]、(U,V]和(V,1]三個(gè)區(qū)間，取不同的U值和V值，即可以控制小區(qū)間的大小，從而改變所述三種生長(zhǎng)方式被選中的機(jī)率。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分形算法的區(qū)域地質(zhì)體巖體裂隙模擬方法，其特征在于，所述步驟四中，區(qū)域工程區(qū)地質(zhì)體有限元的思路是先對(duì)隧道工程區(qū)DEM表面柵格化，地表共有點(diǎn)p₀，p₁，p₂，p₃，……，p_n，坐標(biāo)分別為：(x₀,y₀,z₀)，(x₁,y₁,z₁)，(x₂,y₂,z₂)，(x₃,y₃,z₃)，…，(x_n,y_n,z_n)。區(qū)域工程區(qū)地表點(diǎn)密集，x方向最大最小值為x_max，x_min，y方向最大最小值為y_max，y_min。地表柵格邊長(zhǎng)d計(jì)算公式為：

$d=\sqrt{(y_{max}-y_{\min })\&CenterDot;(x_{max}-x_{\min })/10000}$

X方向柵格個(gè)數(shù)為cx，Y方向柵格個(gè)數(shù)為cy：

cx＝(x_max-x_min)/d+1

cy＝(y_max-y_min)/d+1

第i行第j列的柵格結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為(x_i,j,y_i,j,z_i,j)＝(x_min+d*i,y_min+d*j,z)，D為所有地表點(diǎn)到待插樣點(diǎn)的最短距離。z值即為該處柵格點(diǎn)的高程：

$z=z_i^{*}$

$D=\sqrt{{(x-x_i^{*})}^2+{(y-y_i^{*})}^2}$

$D=\min \left(\sqrt{{\left(x-x_0\right)}^2+{\left(y-y_0\right)}^2},\sqrt{{\left(x-x_1\right)}^2+{\left(y-y_1\right)}^2},\mathrm{...},\sqrt{{\left(x-x_i\right)}^2+{\left(y-y_i\right)}^2}\mathrm{...}\right)$

計(jì)算每個(gè)柵格中心點(diǎn)坐標(biāo)，第i行第j列所在柵格的中心點(diǎn)坐標(biāo)為

$(x_{i,j}^{*},y_{i,j}^{*},z_{i,j}^{*})x_{i,j}^{*}=(x_{i,j}+x_{i,j+1}+x_{i+1,j}+x_{i+1,j+1})/4$

$y_{i,j}^{*}=(y_{i,j}+y_{i,j+1}+y_{i+1,j}+y_{i+1,j+1})/4$

$z_{i,j}^{*}=(z_{i,j}+z_{i,j+1}+z_{i+1,j}+z_{i+1,j+1})/4$

第i行第j列柵格向下共有n_i,j個(gè)有限元單元：區(qū)域地質(zhì)體共劃分為N個(gè)有限元單元：

$N=\underset{i=0}{\overset{cx}{\&Sigma;}}\underset{j=0}{\overset{cy}{\&Sigma;}}{n}_{i,j}$

所有生成的三維裂隙節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為(x^LS,y^LS,z^LS)，第i行第j列第k個(gè)有限元單元的中心點(diǎn)坐標(biāo)為如果存在條件

則該三維裂隙節(jié)點(diǎn)位于有限元單元內(nèi)部，保留該裂隙結(jié)點(diǎn)，否則刪除該結(jié)點(diǎn)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分形算法的區(qū)域地質(zhì)體巖體裂隙模擬方法，其特征在于，所述步驟二中，所述Ⅰ類(lèi)：巖石新鮮完整，構(gòu)造影響輕微，節(jié)理裂隙不發(fā)育或稍發(fā)育，閉合且延伸不長(zhǎng)，無(wú)或很少軟弱結(jié)構(gòu)面，斷層帶寬[0，0.1)米，與洞向近正交，巖體呈整體或塊狀砌體結(jié)構(gòu)；所述Ⅱ類(lèi)：巖石新鮮或微風(fēng)化，受構(gòu)造影響一般，節(jié)理裂隙稍發(fā)育或發(fā)育，有少量軟弱結(jié)構(gòu)面，層間結(jié)合差，斷層破碎帶寬[0.1，0.5)米，與洞向斜交或正交，巖體呈塊狀砌體或?qū)訝钇鲶w結(jié)構(gòu)；所述Ⅲ類(lèi)：巖石微風(fēng)化或弱風(fēng)化，受地質(zhì)構(gòu)造影響裂隙發(fā)育，部分張開(kāi)充泥，軟弱結(jié)構(gòu)面分布較多，斷層破碎帶[0.5，1)米，與洞線斜交或平行，巖石呈碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)；所述Ⅳ類(lèi)：與III類(lèi)同，斷裂及軟弱結(jié)構(gòu)面較多，斷層破碎帶[1，2)米，與洞平行，巖體呈碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，局部呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)；所述Ⅴ類(lèi)：散體：砂層滑坡堆積及碎、卵、礫質(zhì)土，根據(jù)圍巖屬性確認(rèn)該里程段區(qū)域內(nèi)的分形維數(shù)，分形維數(shù)為該區(qū)域內(nèi)巖石圍巖級(jí)別數(shù)。