自动生成三维DDA数值模型的优化方法在复杂地质环境下的应用

非连续变形分析方法在二维领域已得到广泛应用，而实际工程地质结构多属于三维问题，因此，应用DDA方法分析和解决三维条件下块体系统的变形和位移是众多DDA研究者关注的方向。三维DDA工程应用的关键之一，是构建三维DDA数值模型。

在大型水利水电工程岩土问题的三维数值分析中，需要模拟复杂的地质缺陷和工程结构，导致计算模型十分复杂。在构建三维数值模型中，要能够反映岩体强、弱、微风化线的位置，准确划分岩性分区，正确的处理断层带以及断层之间的相互关系，总之，要尽可能的正确反映地质构造的实际情况，是数值分析成功的前提条件，是关键的第一步，数值模型的质量优劣将直接影响计算结果的正确性和可靠性。

三维数值模型的构建长期以来一直是科研和数值计算中难题，例如三维有限元虽然已经发展几十年，三维数值建模的构建方法仍没有得到有效解决。目前，国际上一些流行的大型通用有限元软件系统都具有前处理功能，例如PATRAN、HYPERMESH、ABAQUS、MARC、ADINA以及ANSYS，在岩土工程领域应用较多的软件系统包括有FLAC、PATRAN和ANSYS等。但是利用这些通用大型有限元软件进行数值建模都有较大的局限性，因为这些程序的三维数值建模的构建方法是从机械零件构造的建模方法继承的，不适合复杂的工程地质结构。任何复杂的机械构造，都是从最简单的几种几何形体构造组合而成，因此，传统的数值模型自动生成方法只能构造一些简单几何形体的组合结构。在岩土工程中，地质构造是自然形成的，是随机的，水工结构也十分复杂，多为非规则的几何形状，它们之间还要进行交错穿插，形成许多尖角和更多的非规则体，不像机械零件那样容易建构并组合形成整体系统，建模过程只能靠人机交互方式手工操作。在复杂地质条件下大坝—地基系统有限元计算过程中，构建几何模型的前处理工作十分繁重，工作量要占全部工作量的60%或更多一些。(www.xing528.com)

鉴于以上原因，研制具有较高程度自动化的三维数值模型自动生成系统，是十分必要的。本章根据水利水电工程中常遇到的地质条件特点，利用空间结构构模技术，形成了完整的成熟的空间结构构模方法，编制了一套复杂地质条件下三维DDA数值模型自动生成程序系统。构建的三维DDA数值模型经数据格形式转换后，也可作为有限元三维数值模型，为生成有限元网格提供基本条件，实现了复杂地质条件下大坝—岩基一体化三维数值模型自动生成。系统直接读取若干剖面Au ToCAD图形文件，生成平面块体，利用“种子”技术，模拟结晶体生长方式，自动生成三维块体，从而达到较高的自动化程度，大大提高了三维建模效率。该系统在石门拱坝和藤子沟拱坝建模中进行了尝试，所建模型得到了成功运用。