[发明专利]一种崩塌滚石灾害情景再现方法

权利要求书

1.一种崩塌滚石灾害情景再现方法，其特征在于包括如下步骤：

A、基于倾斜摄影技术，构建整体全景三维模型及局部崩塌滚石三维模型，提取崩塌滚石灾害的地形与结构面要素；

B、将组成滚石体的几何面均视为由一系列顶点围成的多边形面，这些多边形面组成了滚石块体，建立滚石块体模型；

C、通过地表等高线控制点及其材料属性重构崩塌滚石灾害情景地表三维网格，再利用地表三维网格构建滑床块体系统模型；

D、获得崩塌体轮廓与确定性结构面的三角网格，再利用随机节理面的几何要素在崩塌体轮廓内生成三维随机节理网络，构建崩塌块体系统；步骤D详细步骤如下：

步骤1：将组成崩塌体轮廓与确定性结构面的几何面均视为由一系列顶点围成的多边形面，采用三角网格描述每一个多边形面；

步骤2：以崩塌体轮廓为模型边界，获得其外接正方体，假设边长为w；

步骤3：选取一组随机节理面，读入它的几何要素，包括倾角α、倾向β、间距d、迹长t、桥长b；

步骤4：以这组随机节理面的倾角α、倾向β建立局部坐标系，计算局部坐标系空间中外接正方体每个维度的结构面数量n_x、n_y与n_z：

n_z＝int(1.5*w/d)+2n_x＝int(1.5*w/(t+b))+2n_y＝int(1.5*w/(t+b))+2

步骤5：将局部坐标系空间划分为n_x×n_y×n_z个网格，每个网格中分布一条节理，用正方形表示，其中心坐标(x₀，y₀，z₀)的计算公式为：

z₀＝(k+r_z)*d；x₀＝(i+r_x)*(t+b)；y₀＝(j+r_y)*(t+b)

正方形的中心到它的顶点的维度增量为：

Δz＝r*r_z*d；Δx＝0.5*(1+r*r_x)*t；Δy＝0.5*(1+r*r_y)*t

其中i＝-n_x,···,0,1,2,···,n_x、j＝-n_y,···,0,1,2,···,n_y、k＝-n_z,···,0,1,2,···,n_z，r是[0,0.5]的随机数，r_x、r_y、r_z为[-0.5,0.5]的随机数，△z为Z轴方向维度增量，△x为x轴方向维度增量,△y为y轴方向维度增量；

从而得到正方形节理4个顶点的三维局部坐标：(x₀-Δx,y₀-Δy,z₀+Δz)、(x₀+Δx,y₀-Δy,z₀+Δz)、(x₀+Δx,y₀+Δy,z₀+Δz)、(x₀-Δx,y₀+Δy,z₀+Δz)；

步骤6：将正方形节理转化到整体坐标系，即用转换矩阵乘以每个顶点的三维局部坐标向量，其中转换矩阵计算公式如下：

其中[T]是转换矩阵，是局部坐标系的三个矢量，

步骤7：进行下一组随机节理生成，返回步骤3，若节理组全部生成，进入下一步；

步骤8：根据模型边界的实际尺寸，删除边界外部的节理；

步骤9：对于模型边界内部保留的每条正方形节理，用两个三角形进行表示；

步骤10：利用崩塌体轮廓的三角网格、确定性结构面的三角网格、崩塌体内部的三维随机节理网络，形成崩塌块体系统；

E、设定三维块体系统的几何与物理信息、块体物理力学参数与三维块体系统模拟方法的计算参数；

F、将崩塌滚石灾害过程分为多个真实时间步，在每个时间步内，采用三维块体系统分析理论模拟崩塌滚石体与地表的碰撞、滑动与滚动以及崩塌滚石体在空中飞行多种运动模式；

G、利用每个真实时间步内的块体系统模拟结果，得到崩塌滚石灾害情景图，实现整个灾害演化过程模拟。