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模型网格建立时要利用FLAC3D中固有的柱形交叉隧道网格( cylint) 单元，建立三维网格模型效率较低。针对采矿工程领域的数值模拟计算问题，研究了Auto-CAD 平面图形向FLAC3D拱形交叉巷道模型转换的技术，利用AutoCAD 建立了拱形交叉巷道FLAC3D模型，并给出了详细的方法与步骤，实现了利用FLAC3D分析拱形交叉巷道工程问题时方便、快捷地建立地质模型。

　　FLAC3D作为一种利用显式有限差分方法，为岩土工程提供精确有效的分析工具，广泛应用于岩土及地下工程的研究与设计。但FLAC3D在模型建立和网格划分等前期处理问题上存在不足，造成了其建模的低效与不便。

　　为解决FLAC3D建模存在的问题，研究人员依赖ANSYS、MATLAB、Midas /Gts、Surfer 等软件对FLAC3D前处理技术做了改进，文献基于简单的AutoCAD 平面图形，初步研究了AutoCAD 平面模型向FLAC3D模型转换技术，但对于拱形交叉巷道模型的建立，没有给出简单有效的方法。

　　本文针对采矿工程中拱形交叉巷道的数值模拟计算问题，研究将基于AutoCAD 的二维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: 三维数值模型的建立费时费力，比如单一的柱形交叉隧道网格，控制点数多达14 个，如若对交叉巷道的角度有要求，控制点的空间关系、坐标计算更加耗费人力和时间，从而加长整个数值模拟计算的周期。因此，拱形交叉巷道快速建模方法的研究势在必行。

1、FLAC3D单元分析

　　柱形交叉隧道网格形状如图1，控制点共计14个，分析其在FLAC3D 中的网格构建方式，可将其分解为如图2 的3 个单元体，其中包括: 2 个柱形隧道外围渐变放射网格、1 个六面块体网格。

图1 柱形交叉隧道网格

图2 柱形交叉隧道分解图

　　在FLAC3D中，柱形交叉隧道网格的构建也是将其自动分解为如图2 的3 个部分，但是直接使用柱形交叉隧道网格构建交叉巷道模型，就不能控制柱形交叉隧道网格在FLAC3D内部分解后的3 个单元体的坐标，对后续的相邻子网格对齐工作也会增加难度。

4、结论

　　分析研究了目前利用FLAC3D 进行数值模拟计算时建立网格模型的一般方法，分析了FLAC3D常用单元网格的构筑方式及复杂单元网格的特性，结合绘图软件AutoCAD 的使用广泛性，完成了针对采矿工程领域中拱形交叉巷道数值模拟问题的FLAC3D数值模型的快速建立，各模型均采用attach face 命令检查了其建立的正确性:

　　( 1) 将AutoCAD 图形的DXF 文件信息数据转化为可被FLAC3D数值模拟软件所利用的建模数据。

　　( 2) 分析了FLAC3D网格划分的原理，结合Auto-CAD 图形数据结构特点，完成了AutoCAD 图形文件DXF 格式文件信息数据向FLAC3D模型数据转换。

　　( 3) 结合立体几何、井巷工程、采矿学及FLAC3D模型构建等方面知识，将AutoCAD 平面二维模型做可控调整，建立可控制角度的拱形交叉巷道模型，提高了已有的AutoCAD 平面二维模型的利用率。