[发明专利]一种基于FLAC3D计算矿区地表最大水平变形的方法

说明书

本发明公开了基于FLAC3D计算矿区地表最大水平变形的方法，该方法包括以下步骤：首先利用FLAC3D软件中的list命令提取三维矿区数值模型节点的坐标和位移信息，再利用Excel从中筛选出地表节点，并以文本文件的形式输出矿区地表节点的坐标和位移信息；随后利用Surfer软件对输出的矿区地表节点信息进行插值，生成离散、等间距的矿区地表x方向与y方向位移的点阵；再利用Matlab编程语言实现对矿区地表最大水平变形的求解，进而实现地表最大水平变形等值线的绘制，最终为划分采矿活动对于地表建筑物的影响范围提供了依据。

技术领域

本发明属于岩土工程的仿真模拟研究领域，更具体涉及一种基于基于FLAC3D计算矿区地表最大水平变形的方法，它弥补了FLAC3D在后处理方面的不足。

背景技术

FLAC（Fast Lagrangian Analysis of Continua）3D方法代表“连续介质快速拉格朗日分析”，是一种专门用于求解岩土力学问题的显式有限差分程序，其采用的“显式拉格朗日”算法和“混合－离散分区”技术，能够非常准确的模拟材料的塑性破坏和流动，可以基于较小内存空间就能够求解大范围的三维岩土工程问题，是一个求解三维岩土问题的最理想工具之一。

近年来有许多学者应用FLAC3D数值模拟软件来模拟采矿活动对于矿区地表建筑物的影响，并取得了良好的应用效果。地表水平变形定义为一线段两端点沿线段方向水平位移值之差与此线段的长度之比，单位是mm/m，在实际采矿活动中，我们更关心地表水平变形的最大值，其力学本质就是应变张量中的最大主应变。地表最大水平变形是衡量采矿活动对于地表建筑物的影响程度的重要指标之一，对于圈定采矿活动对矿区地表建筑物的影响范围具有重要意义。但值得注意的是FLAC3D数值模拟软件自身仅能输出位移、应力等基础信息的云图，因此好多学者不得已采取布置监测点，从而对地表最大水平变形进行估算。这种方法不仅精度较低且费时费力，而且无法得出全矿区地表上每一个点的最大水平变形值以及其方向。

Surfer作为一款强大的插值软件，该软件具有强大的插值功能和绘图能力，通过将从FLAC3D数值模拟软件中提取到的节点位移信息导入Surfer软件中进行插值，再将Surfer插值得到的数据导入Matlab中去，依托Matlab强大的计算编程能力，从而计算出采场地表的最大水平变形则是一种更加合理的解决方法。

发明内容

本发明属于岩土工程的仿真模拟研究领域，更具体涉及一种基于FLAC3D计算矿区地表最大水平变形的方法，它弥补了FLAC3D在后处理方面的不足。流程图如图1所示，该技术方案中包括如下步骤；

S01. 使用FLAC3D建立矿区的三维数值力学模型并计算至平衡，利用FLAC3D中的list gp pos和list gp disp输出模型节点的空间坐标与位移信息，并将其合并存储在Excel中，根据所述模型的矿区地表节点的高程坐标z=h，利用Excel的筛选功能，筛选出模型中z坐标为h的地表节点，将矿区地表节点的坐标与x方向位移的信息、矿区地表节点的坐标与y方向位移的信息分别存储为.txt的文本文件；

S02. 使用Surfer软件对矿区地表节点文件进行插值：通过Surfer软件读取步骤S01得到的两个文本文件，利用Surfer软件网格选项中的数据功能对矿区地表节点文件进行插值，选取克里金插值方法，以矿区地表节点网格单元的平均尺寸作为插值距离∆x，对步骤S01得到的两个文本文件进行插值，分别得到表示x方向位移与y方向位移的矿区地表节点水平位移点阵，所述水平位移点阵中各节点离散且等间距，并且插值后的结果以数据文件.dat的形式导出；

S03、利用Matlab计算矿区地表最大水平变形值：在Matlab中使用reshape命令将插值后地表节点的x坐标、y坐标、x方向的位移、y方向的位移分别以矩阵的形式存储在Matlab的XM、YM、XDM、YDM四个工作区中，

使矿区地表边界节点的水平位移点阵中各节点在X方向、Y方向、XY方向的应变值、、赋值为0；