地形文件转换为数值模型的一些考虑(Slide3/Sketchup/Rhino/Griddle)

计算岩土力学

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0 引言

地形文件转换为数值模型的基本原理是把地形作为Surface然后向下拉伸，形成一个实体Volume，然后进行网格划分。尽管不同方法的采取的具体步骤不一样，但总的目标是相同的。本文简要描述了把地形文件转换为数值模型时，尤其是转换为Plaxis3D模型时遇到的一些问题及处理方法。

初始的地形文件可以有多种型式，例如tif，las, dwg或dxf 文件。为了显示地形，最好的文件格式是tif，Sufer可以完美地展示彩色地形，但Sufer仅能处理表面，因而对建立数值模型没有用处。

1 Slide3

最初的试验是把地形文件导入到Slide3，使用的文件格式是点云文件las，采用10m的网格生成表面，地形由4个las文件拼合而成，在Slide3产生的表面如下图所示。可能是原始点云数据的问题，在其中两个las文件的交界处出现了不连续，因而使用这种方法不行。事实上，迄今为止，还没有把Slide3模型转到Plaxis3D模型的成功经验，在过去的试验中，总是会出现各种各样的问题。此外，Slide3也可以直接导入dxf文件，然后把dxf文件转化为实体模型。在本项目中没有进行这种试验。

2 Sketchup

Sketchup能够把地形表面转化为实体模型【建立更真实的数值模型：FLAC3D导入地形图 (1)；建立更真实的数值模型(2)：FLAC3D与曲面地形的集成】，Zhao SY同学使用Sketchup建立了实体模型，不过目前的这个模型似乎还有点儿问题，在导入到Plaxis3D中出现了警告信息"Too many objects"，从对象类型中可以看到目前的模型有4816个Surfaces，这个应该能在Sketchup中合并表面。这个问题导致了导入到Plaxis3D后它的地形表面还是离散的。

当进行切割时，必须使用菜单命令Edit > Select All选择全部进行切割，不过切割后的地形表面仍然是离散的，不能去掉实体上面的表面，因而这个模型可能不能进行网格划分，解决方法是在Sketchup中合并成一个Surface。

3 Rhino

由于我的Rhino过期不能用了，因而"不好不坏"同学使用Rhino做了以下工作，与上述Zhao同学使用的方法不一样，在Rhino中只产生地形Surface，这种方法也是我一直使用的方法。导出的实体Surface导入到Plaxis3D中建立模型，下图所示的是在Plaxis3D中产生的地形模型。左图的分别率低一些，右图的分辨率高一些。

分辨率高的地形能够更真实地反映出地貌，然而这对于有限元网格划分来说非常不利，因为需要处理大量的凸凹边界，不仅仅是耗时问题，也可能出现不能划分网格或者划分网格后计算发生奇异的问题。对于这样的模型，不能使用默认的网格划分模式，必须使用专家模式进行手动调节参数。下图所示的是截取了部分地形模型生成的有限元网格。即使这样，也花费了相当长的时间生成网格以及在运行期间占用了大量的内存。

4 Griddle

"不好不坏"同学使用Griddle生成了FLAC3D网格，但是FLAC3D网格不能用于Plaxis3D。不过，使用FLAC3D可能也是其中一个选择，待以后再进行讨论。

5 结束语

虽然尽可能地模拟真实的地表和地层，但从数值模拟的角度来说并不是越精细越好，因为这样做不仅会增加大量的计算资源和时间，而且更严重的是会导致计算时发生奇异而中断，岩土工程模拟的首要目的是发现"机理"，因而我们需要在建立数值模型时平衡细节与计算效率。最后，特别感谢Zhao SY和"不好不坏"两位同学的工作以及群内其它同学的讨论。

来源：计算岩土力学