采用CAD、surfer、FLAC3D多软件联合生成高仿真地形-simwe

我之前曾将ANSYS建立三维模型，并成功导入到FLAC3D中，但使用ansys建模有个缺点，就是得一行行输入命令，先生成关键点key point，然后得把关键点连成线spline，再把线生成面，之后再将面生成体，很是麻烦。最近在使用surfer软件生成地形的时候，发现该软件功能非常强大，而且生成的地形面仿真度较高，而且论坛中也有成功的先例，因此考虑能否使用AutoCAD、surfer、FLAC3D等多软件联合，建立起三维模型，这样可以大大降低工作强度，而且难度较低，模型的仿真度更高。下面简要介绍一下我的工作步骤：


首先，第一步，对CAD图进行修整，去除不必要的图元，这里需要说明的是，由于原图中等高线不对，所以我干脆把等高线全部都删除了，只留下台阶边坡。附图如下：

a. 原图
 

b. 修整后，带高程的台阶边坡图
 


第二步，将修整后的图另存为dxf格式，读出坐标点，存为数据格式。这里读坐标点，可以仁者见仁智者见智了，我使用的是DXF2XYZ小软件，直接读取，存为*.xyz格式文件。软件工作界面如下图所示：
 


第三步，将前面生成的*.xyz文件用excel打开，处理一下，删除重复的数据和其他不必要的数据，原因是：考虑到图中有很多单独测量的高程点，以及一些未删除的钻孔数据，防止CAD图未修整干净，导致数据文件中有点坐标重复，生成的图不好看，而且对后续的模型网格剖分造成影响。（这也是为何我不直接将dxf文件导入surfer，而多从这两步“绕一下”的原因。如果你的图很干净整洁，可以考虑直接用surfer读入dxf文件）
 
这一步中，我用excel删除了1936个重复数据，剩下15460个点，果然证明了前面的猜想，即：图元没有删除干净。
excel处理完数据以后，将其另存为*.xyz或者*.dat格式，后缀名无所谓，因为后面另有他用。


第四步，打开surfer，导入数据文件。具体做法是：Grid--Data，读入第二次生成的*.dat文件，surfer软件将会进行自动插值计算，插值方法有很多中，可以根据自己的需要选择其中一种。数据导入成功后，将会有Griding report，同时生成*.grd文件。
 


第五步，surfer中菜单栏：Map---New----3D  wireframe...,读入刚刚生成的*.grd文件，生成曲面模型。这一步主要是为了对模型有个直观的感受，看生成的模型与实际情况是否吻合，否则应进行修改。结果如下图：

 

 

这样，一个漂亮的曲面模型就生成了。下面最终的步骤终于来临了，这是重点，也是难点，就是导入到FLAC3D中，这样才可以进行有限差分计算。


第六步， 采用已有的surfer 2 FLAC3D程序，导入到FLAC3D里面。具体做法是将第三步生成的*.dat重命名为surfnd.dat，FLAC3D读入main.dat文件，分别调用网格节点、面节点、模型剖分fish子程序，生成最终的模型。结果如下图所示。
 

 

我的模型非常大，有节点778688个，网格753571个，我的计算机开了两夜，大概至少花了30多个小时才得到最后结果。

结语：
       由于研究区域比较庞大（x=995m, y=1000m, z=400m)，此次建模之前，没有估计到细化的网格会造成多么庞大的数据量，结果导致单单模型文件就有408MB之巨，后续如果采用这个模型来计算的话，那么工作量将是无法想象的。
       本次三维模型的建立，只是进行一次尝试，未考虑地下水，未考虑复杂的岩层界线。关于地下水，如果浸润线不规则的话，可以在FLAC3D中考虑采用“容重法”指定水面；对于复杂的岩层界线，可以指定不同高程（ex. group Q4 range z 499.26 720.05)，也可以根据不同的岩性界线，从surfer中生成几个曲面，然后分别导入FLAC3D中，具体待后试，欢迎探讨。