【摘要】：采用結(jié)構(gòu)面切割多面體再合并的方法可以實(shí)現(xiàn)有限結(jié)構(gòu)面間的塊體識別,但切割的對象必須為凸體,而實(shí)際工程中的巖體模型并不局限于凸體。為了解決這一問題,提出一種凹體凸化方法,用于將凹體模型分解為凸體子區(qū)。首先,通過面單元法建立巖體模型,并設(shè)置可包裹模型的長方體;其次,以平面對凸多面體的切割算法為基礎(chǔ),利用面單元所在平面將所設(shè)置的長方體切割為若干子區(qū);最后,通過判斷子區(qū)與原模型的位置關(guān)系而實(shí)現(xiàn)凸化,并對凸化過程中的關(guān)鍵算法進(jìn)行說明。針對切割過程中結(jié)構(gòu)面與多面體的接觸性判斷問題,給出了從粗略到精確的判斷方法,有效地減少了計算量。結(jié)合兩個具有代表性的算例,給出所提塊體識別方法的過程和結(jié)果,結(jié)果顯示,所識別出的塊體形態(tài)及數(shù)量不受限制,從而證明了本方法用于凹體模型的適用性與有效性。
【圖文】：

唕1都含有虛擬面，且兩虛擬面存在交集a，故需要合并。同理B1和C1，，A2和C2、B2和C2均需合并。最終導(dǎo)致A1、B1和C1合并為D1，A2、B2和C2合并為D2，見圖7(b)。通過此方法，實(shí)現(xiàn)了平面對凹多面體的切割。(a)結(jié)構(gòu)面切割子區(qū)(b)子區(qū)合并圖7虛擬面的消隱Fig.7Disappearanceofvirtualsurface（2）恢復(fù)結(jié)構(gòu)面尺寸導(dǎo)致塊體間合并。兩塊體由同一結(jié)構(gòu)面所在平面切割而分離，且兩塊體間存在面的交集，此交集并未完全落入結(jié)構(gòu)面圓盤內(nèi)，此種情況兩塊體需要合并。如圖8所示，采用3.4圖8恢復(fù)結(jié)構(gòu)面導(dǎo)致塊體合并Fig.8MergenceofblocksduetoresizingofdiscontinueJB1A1C1C2A2B2aABBAAUBJ1J2ABCDOABCDOEABCFGHODJD1D2ADBCBox2Box1

所提塊體識別方法的適用性和有效性。4.1簡單凹多面體模型為了說明本文方法適用于凹體模型中有限結(jié)構(gòu)面間的塊體識別，以某露天采場多階邊坡為例進(jìn)行說明，經(jīng)過面單元建模、模型凸化、切割及合并實(shí)現(xiàn)塊體識別。（1）面單元建模。所研究區(qū)域存在兩條結(jié)構(gòu)面J1和J2，在AutoCad中采用面單元法建立巖體模型M，將其存為.dxf格式，利用所開發(fā)的程序以面為單元讀取模型文件，并加入兩條有限結(jié)構(gòu)面，如圖9(a)所示。（2）模型分解為凸體子區(qū)。利用本文所提凸化方法將其分解。首先，根據(jù)坐標(biāo)關(guān)系獲取模型的母體B，見圖9(b)；其次，利用模型M所有面單元所在平面對母體B進(jìn)行切割，此例中存在P1～P8共8個面對母體B進(jìn)行切割（其余面與母體邊界重合），將母體B切割為A～Y共25個子區(qū)，見圖9(c)；最后，判斷各子區(qū)與原模型M的關(guān)系，A～O共15個子區(qū)位于M體內(nèi)，即為原模型凸化后的結(jié)果，如圖9(d)所示。（3）塊體切割與合并。利用結(jié)構(gòu)面J1和J2切割凸化后的模型，結(jié)構(gòu)面將與其相接觸的塊體完全切割，得到如圖10(a)所示塊體群，圖中存在兩種新形成面，一是凸化過程中產(chǎn)生的虛擬面（如P1）；二是結(jié)構(gòu)面切割產(chǎn)生的面（如F1）。最后，消隱虛擬面并恢復(fù)結(jié)構(gòu)面尺寸，導(dǎo)致B1、B2、B3和B4合并為獨(dú)立塊體B，其余塊體合并為M，見圖10(b)，從而實(shí)現(xiàn)凹體模型中有限結(jié)構(gòu)面間的塊體識別。4.2帶空腔的凹多面體模型以某高速公路隧道工程為例，模型尺寸為50m×50m×80m，隧道斷面形狀為半圓與矩形的組合，將弧形部分簡化為多邊形，則此隧道計算模型可認(rèn)為是帶有空腔的凹多面體，按照本文所提出的凸化方法得到如圖11所示的子區(qū)模型。向模型中添加60條半徑為15～30m的結(jié)構(gòu)面圓盤用于測試，經(jīng)(a)多階邊坡模型(b

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本文編號：2571186