吳亞斌

(長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南長沙 410012)

0 引言

目前，礦山已廣泛應(yīng)用數(shù)值模擬研究礦體開采順序和采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及復(fù)雜的巖石力學(xué)問題，但由于礦山地質(zhì)條件的復(fù)雜性，以及開采過程的多樣性，導(dǎo)致數(shù)值模擬軟件建立的模型很難接近實際情況［1］;地質(zhì)建模軟件提供了強(qiáng)大的礦山信息化，以及相應(yīng)的礦山開采設(shè)計功能。應(yīng)用地質(zhì)建模軟件建立數(shù)值計算模型，可以減少礦山大范圍巖石力學(xué)數(shù)值模擬的復(fù)雜性，提高模型的準(zhǔn)確性，以及具有快速建立計算模型的能力，可以模擬研究礦體在開采過程中遇到的巖石力學(xué)問題［2-3］。

因此，本文以建模軟件SURPAC和數(shù)值計算軟件FLAC3D為例，研究三維地質(zhì)模型快速轉(zhuǎn)化為數(shù)值計算模型的原理和實現(xiàn)過程。

1 模型轉(zhuǎn)換原理與實現(xiàn)

FLAC3D中計算模型的基礎(chǔ)單元主要有四面體和六面體，SURPAC中模型基礎(chǔ)單元為六面體，主要用于計算儲量，通過實體模型的約束區(qū)分巖層邊界和反應(yīng)空區(qū)形態(tài)?？梢詫γ總€單元塊賦值，其巖性和力學(xué)參數(shù)可以真實反應(yīng)在每一個單元塊［4］。

1.1 模型基本單元

SURPAC塊體模型是一個可包含地質(zhì)品位和力學(xué)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，模型的基礎(chǔ)單元為規(guī)則六面體。塊體模型的建立過程如圖1所示。

塊體模型建立:為了方便模型在FLAC3D中施加邊界條件，取方位角、傾角、傾伏角都為零，基單元塊大小的選擇主要考慮模型范圍和總單元數(shù)量的控制，對于巖性邊界的描述盡可能采用小尺寸單元體，可以相對準(zhǔn)確表達(dá)巖性邊界。

圖1 塊體模建立過程

1.2 模型轉(zhuǎn)換

模型轉(zhuǎn)換的過程是在FLAC3D中直接應(yīng)用SUPAC塊體模型，因此，必須將SURPAC模型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的改變，形成FLAC3D可以接受的，能自動形成的模型數(shù)據(jù)。其中SURPAC軟件中基本單元輸出格式中X，Y，Z為基本單元體中心坐標(biāo);SIZE(X)，SIZE(Y)，SIZE(Z)分別為單元體的邊長。圖2為FLAC3D中轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)六面體單元，其中P0－P7為節(jié)點順序。

圖2 單元體

以六面體單元為基礎(chǔ)實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換原理分析［5］:

(1)根據(jù)質(zhì)心點坐標(biāo)和六面體邊長計算出P0—P7節(jié)點的X，Y，Z坐標(biāo);

(2)節(jié)點和單元進(jìn)行編號，定義單元間的位置關(guān)系;

(3)定義每個單元的屬性，對屬性相同的單元進(jìn)行分組。

1.3 SQL語言實現(xiàn)模型自動生成方法

在SURPAC軟件中完成地質(zhì)體的塊體模型建立，導(dǎo)出模型數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)用ACCESS數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入，依據(jù)上述原理分析編寫了數(shù)據(jù)庫SQL查詢語言來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，執(zhí)行SQL查詢語言形成新的數(shù)據(jù)表，將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，調(diào)入FLAC3D軟件中形成計算模型［6］。

2 應(yīng)用實例

應(yīng)用SURPAC軟件建立了礦體地質(zhì)模型和采空區(qū)模型(見圖3)，根據(jù)本文前期所述對模型進(jìn)行賦值，導(dǎo)出塊體模型，在ACCESS數(shù)據(jù)庫中采用SQL語言進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成FLAC3D可以接受的模型(見圖4)，其中巖性和采空區(qū)用不同的group區(qū)分［7-8］。

圖3 SURPAC塊體模型

3 結(jié)論

應(yīng)用地質(zhì)建模軟件構(gòu)建數(shù)值計算模型，可以減少礦山大范圍巖石力學(xué)數(shù)值模擬的復(fù)雜性，提高模型的準(zhǔn)確性，以及具有快速建立計算模型的能力。適合對在厚大礦體回采順序和采場結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)用中遇到的巖石力學(xué)問題進(jìn)行研究，該模型轉(zhuǎn)換對于類似的研究應(yīng)用具有一定的參考價值。

圖4 FLAC3D地質(zhì)模型

［1］侯恩科，吳立新，等.三維地學(xué)模擬與數(shù)值模擬的耦合方法研究［J］.煤炭學(xué)報，2002，27(4):388-392.

［2］廖秋林，曾錢幫.基于ANSYS平臺復(fù)雜地質(zhì)體FLAC3D模型的自動生成［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24(6):1010-1013.

［3］胡 斌，張倬元，黃潤秋，等.FLAC3D前處理程序的開發(fā)及仿真效果檢驗［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2002，21(9).

［4］Itasca Consulting Group，Inc，F(xiàn)ast Language Analysis of continua in three dimensions.Itasca Consulting Group，Inc，1997.

［5］SURPAC Vision軟件用戶使用手冊(第四版)［M］.SURPAC Software International國際軟件公司發(fā)行，2000.

［6］薩師煊.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論［M］.北京:高等教育出版社，1984.

［7］李廷春，李術(shù)才，邱祥波.三維快速拉格朗日法在安全頂板厚度研究中的應(yīng)用［J］.巖土力學(xué)，2004，25(6):935-939.

［8］朱維申，李曉靜，郭彥雙，等.地下大型洞室群穩(wěn)定性的系統(tǒng)性研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2004，23(10):1689-1693.