基于AutoCAD的拱形交叉巷道FLAC 3D快速建模研究

　　拱形交叉巷道FLAC3D模型網格建立時要利用FLAC3D中固有的柱形交叉隧道網格( cylint) 單元，建立三維網格模型效率較低。針對采礦工程領域的數值模擬計算問題，研究了Auto-CAD 平面圖形向FLAC3D拱形交叉巷道模型轉換的技術，利用AutoCAD 建立了拱形交叉巷道FLAC3D模型，并給出了詳細的方法與步驟，實現了利用FLAC3D分析拱形交叉巷道工程問題時方便、快捷地建立地質模型。

　　FLAC3D作為一種利用顯式有限差分方法，為巖土工程提供精確有效的分析工具，廣泛應用于巖土及地下工程的研究與設計。但FLAC3D在模型建立和網格劃分等前期處理問題上存在不足，造成了其建模的低效與不便。

　　為解決FLAC3D建模存在的問題，研究人員依賴ANSYS、MATLAB、Midas /Gts、Surfer 等軟件對FLAC3D前處理技術做了改進，文獻基于簡單的AutoCAD 平面圖形，初步研究了AutoCAD 平面模型向FLAC3D模型轉換技術，但對于拱形交叉巷道模型的建立，沒有給出簡單有效的方法。

　　本文針對采礦工程中拱形交叉巷道的數值模擬計算問題，研究將基于AutoCAD 的二維平面模型快速高效建立拱形交叉巷道FLAC3D模型的方法。

　　拱形交叉巷道普遍存在: 三維數值模型的建立費時費力，比如單一的柱形交叉隧道網格，控制點數多達14 個，如若對交叉巷道的角度有要求，控制點的空間關系、坐標計算更加耗費人力和時間，從而加長整個數值模擬計算的周期。因此，拱形交叉巷道快速建模方法的研究勢在必行。

1、FLAC3D單元分析

　　柱形交叉隧道網格形狀如圖1，控制點共計14個，分析其在FLAC3D 中的網格構建方式，可將其分解為如圖2 的3 個單元體，其中包括: 2 個柱形隧道外圍漸變放射網格、1 個六面塊體網格。

圖1 柱形交叉隧道網格

圖2 柱形交叉隧道分解圖

　　在FLAC3D中，柱形交叉隧道網格的構建也是將其自動分解為如圖2 的3 個部分，但是直接使用柱形交叉隧道網格構建交叉巷道模型，就不能控制柱形交叉隧道網格在FLAC3D內部分解后的3 個單元體的坐標，對后續(xù)的相鄰子網格對齊工作也會增加難度。

4、結論

　　分析研究了目前利用FLAC3D 進行數值模擬計算時建立網格模型的一般方法，分析了FLAC3D常用單元網格的構筑方式及復雜單元網格的特性，結合繪圖軟件AutoCAD 的使用廣泛性，完成了針對采礦工程領域中拱形交叉巷道數值模擬問題的FLAC3D數值模型的快速建立，各模型均采用attach face 命令檢查了其建立的正確性:

　　( 1) 將AutoCAD 圖形的DXF 文件信息數據轉化為可被FLAC3D數值模擬軟件所利用的建模數據。

　　( 2) 分析了FLAC3D網格劃分的原理，結合Auto-CAD 圖形數據結構特點，完成了AutoCAD 圖形文件DXF 格式文件信息數據向FLAC3D模型數據轉換。

　　( 3) 結合立體幾何、井巷工程、采礦學及FLAC3D模型構建等方面知識，將AutoCAD 平面二維模型做可控調整，建立可控制角度的拱形交叉巷道模型，提高了已有的AutoCAD 平面二維模型的利用率。