利用ANSYS等软件生成三维地质体有限元模型
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图（7） GOCAD 中等高线数据示例
将显示出的等高线中的数据输出：File→Export Object→PointsSet→ Custom ASCII，弹出对话框，如下图所示。
图（8） GOCAD 中输出等高线数据对话框示例一 -4-
Hale Waihona Puke Baidu
在 Output file 中填写相应的文件路径和文件名，在 number of fields 中添 加（右侧 Add 按钮）相应的 X、Y、Z 字段，如下图所示。
...... SPLINE,5991,5992,5993,5994,5995,5996 SPLINE,5996,5997,5998,5999,6000,6001 SPLINE,6001,6002,6003,6004,6005,6006 SPLINE,6007,6008,6009,6010,6011,6012 SPLINE,6012,6013,6014,6015,6016,6017 SPLINE,6017,6018,6019,6020,6021,6022
以上便是从 AutoCAD 中等高线生成有限元模型的操作步骤。对于计算来说， 岩土方面常用 FLAC3D 软件进行模拟，可以通过 Ansys to FLAC 转换软件，将 Ansys 中的有限元模型进行转化，变成 FLAC3D 的模型，在此不再赘述。
对于含有不同地层的地质模型来说，地层的建立也可以尝试采用这种方法实 现。虽然此种方法步骤繁琐，运用的软件也很多，但都是基本的操作，没有用到 任何十分深奥的东西，比较容易上手实现，在没有出现地质方面有限元模型建立 的软件之前，此种方法可以值得推广。
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SPLINE,6022,6023,6024,6025,6026,6027
创建 Aera 的语句示例：
*DO,J,1,70,1 *DO,I,1,40,1 AL,40*J+I+5710,40*J+I+5670,J+70*I+8480,J+70*I+8550 *ENDDO *ENDDO
以上语句仅是针对本特例做出的，要根据不同的模型需要做适当的修改。 线和面都创建完毕之后可以将所有的面进行拉伸操作，生成实体模型。语句 如下： 创建 Volume 的语句示例：
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果如下图所示。
图（17） Ansys 中实体修剪示例
建立有限元模型的方法如下：
图（18） Ansys 中实体修剪示例 - 10 -
首先，添加单元类型，比如采用 SOLID45 单元（Preprocessor→Element Type →Add/Edit/Delete，选择 solid45 单元）。
然后，在用 GOCAD 中打开的地形图中，会看到 Curve 一栏中会出现有三个图 层的数据，如下图所示。
图（6） GOCAD 中等高线数据示例 -3-
选中 Curve 中包含有等高线的图层前的复选框，如果有的图层不包含等高线 数据，右击该图层名称，Delete 该图层。做好之后，等高线将会显示出来，如下 图所示。
二、提取 AutoCAD 中等高线
一般来说，工程勘探都有对选址地区地表形态进行描述的地形等高线的电子 图纸，这些包含有等高线的图中会有很多其他图层，如图（1）所示：
图（1） 含有等高线及其他图层的 AutoCAD 示例
首先做的是要清除无关图层，只留下含有等高线数据的图层。当遇到无法删 除图层时，如图（2）所示，则要保证该非等高线图层中没有任何数据。
五、Ansys 中利用等高线数据创建实体及有限元模型
由于 Surfer 导出的数据不能直接被 Ansys 读入，故需将数据进行格式调整， 可利用 Word、Excel 等文本编辑软件对格式进行修改，修改后的文件内容应如下 图所示，该文件即可被 Ansys 直接调用，并创建关键点（Keypoints）。
利用 ANSYS 等软件进行三维地质建模的方法
一、前言
作为一名从事岩土工程方向的研究生，在学习工作过程中经常遇到数值模拟 的问题。在数值模拟过程中，前处理将占用绝大部分时间，而三维地质建模更是 前处理的难点。本文结合自身实践，讲述如何利用 AutoCAD 中已有的等高线图形， 通过 GOCAD、Surfer 和 ANSYS 等软件转化为可进行下一步数值模拟的有限元网格 的具体步骤。步骤和操作虽比较烦琐，但实际易用，便于掌握。
图（15） Ansys 中关键点数据录入格式示例
关键点创建完毕之后，可以利用编程的知识由下到上创建样条线段和空间曲 面（由于利用 Surfer 输出地网格点的坐标都是很有规律的：先对 X 坐标从小到大 排列，再对 Y 坐标从小到大排列，故可通过程序一步步创建出样条线和空间曲面）。 如下图所示为利用 Ansys 的 APDL 语言编写的创建空间样条线段和曲面的语句。 创建 Spline Segment 的语句示例：
图（4） 修改等高线属性示例二 -2-
做好这些准备工作之后，图形应该类似于下图所示，轴测图能够看出，不同 标注值的等高线是不处于同一高度平面的。之后需将处理得到的图形另存为*.dxf （Drawing Exchange Format——绘图交换文件）格式文件，作为 GOCAD 的处理对 象。
图（5） 修改完的等高线图示例
/PREP7 VEXT,1,2800,1,0,0,-200
执行完拉伸操作，实体模型建立如下图所示。
图（16） Ansys 中实体拉伸示例
将 WorkPlane 移动至相应的高度（操作：菜单栏中 WorkPlane→Offset WP to →XYZ Locations +，输入新的 XYZ 点坐标），进行布尔操作（Preprocessor→ Modeling→Operate→Booleans→Divide→Volu by WorkPlane），删除不需要的体 和以下的部件（Preprocessor→Modeling→Delete→Volume & Below），存盘。结
然 后 ， 利 用 MeshTool 对 实 体 进 行 网 格 划 分 （ Preprocessor → Meshing → MeshTool），注意其中的线段设置。本例是利用扫略（Sweep）功能实现网格划分 的，见上图。个别划分失败的实体，可以通过自由划分的方法实现有限元模型的 建立。
六、总结
-1-
图（2） 图层无法删除示例
其次，需要对等高线图层中的等高线属性进行查看和修改。有的地形图中等 高线使用轻量多义线（LWPOLYLINE）勾画的，其中很多数据会包含厚度属性，见 下图所示，需要将其厚度属性改为 0。
图（3） 修改等高线属性示例一
如果等高线没有三维坐标的属性，见下图所示（图示为已有三维坐标的，顶 点 X 坐标、顶点 Y 坐标和标高），则需要根据地形图中等高线标注逐一进行修改， 工作量较大。个人未见有较好的方法可以给等高线自动附上标注的高度 Z 坐标。
图（14） Surfer 中三维网格地图示例 -7-
值得注意的是，用 Surfer 得到的网格数据与 GOCAD 中输出的网格数据是不同 的，其不同在于，GOCAD 该输出的数据是等高线上的离散的拟合点数据，而 Surfer 输出的数据是经过网格均匀化得到的，网格点明显多于前者，也更易于在 Ansys 中进行编程连线，进而创建面及实体。
图（9） GOCAD 中输出等高线数据对话框示例二
打开保存好的文件，其格式应该如下图所示。
图（10） GOCAD 中输出等高线数据文本格式示例
得到该数据之后，可以为下一步的 Surfer 软件处理做好准备。
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四、Surfer 中将等高线数据均匀化
从上一步得到的数据时等高线上离散的拟合点的坐标数据，由于数据点的数 量有限而且较为离散，直接用 Ansys 联线等比较麻烦，因此需要用到 Surfer 软件 将离散的数据点均匀化，生成可以利用 Ansys 的 APDL 语言进行编程处理的数据点。
利用 Surfer 软件读入上一步得到的数据文件：Grid→Data，找到相应的文件， 将弹出一个数据分列的对话框，如下图所示。
图（11） Surfer 中读入等高线数据文本对话框示例一
按照其默认选项，点击 OK 按钮，弹出另一个对话框，如下图所示。
图（12） Surfer 中读入等高线数据文本对话框示例二
三、提取等高线中拟合点数据
地形图中的等高线是通过外业采集得到的数据，通过软件将同一等高线上的 数据点利用拟合的方法（如 AutoCAD 中的 SPLINE 命令）绘制出的，下一步要做的 就是将等高线中的拟合点数据提取出来。
首先，将保存出的*.dxf 格式的文件放于没有任何中文字符的文件路径下， 然后用 GOCAD 软件读入：File→Import Objects→Cultural Data→DXF，找到相 应的文件，读入。
该对话框中有许多高级选项，包括数据的过滤、如何对离散的数据点进行插 值得到网格的方法等选项或按钮，可以尝试选择，对不同的网格生成方法进行对
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比，得到比较合适的能够反映出地表形态的地形图。当前操作是按照其默认选项， 点击 OK 按钮，将生成一个与读入数据文件名相同且路径相同的*.grd 文件，之后 的操作将是针对得到的该文件进行的。
执行 Map→New→3D Gridframe 操作，读取上一步得到的*.grd 文件，将会显 示出网格地图，可进行查看对比。如下图所示。
图（13） Surfer 中三维网格地图显示示例
将该网格数据输出。执行 Grid→Convert，先找到创建的*.grd 文件，然后弹 出保存的文件，写上输出文件名，注意保存类型应该选择*.dat 文件。利用 Surfer 输出的数据格式如下图所示。
图（7） GOCAD 中等高线数据示例
将显示出的等高线中的数据输出：File→Export Object→PointsSet→ Custom ASCII，弹出对话框，如下图所示。
图（8） GOCAD 中输出等高线数据对话框示例一 -4-
Hale Waihona Puke Baidu
在 Output file 中填写相应的文件路径和文件名，在 number of fields 中添 加（右侧 Add 按钮）相应的 X、Y、Z 字段，如下图所示。
...... SPLINE,5991,5992,5993,5994,5995,5996 SPLINE,5996,5997,5998,5999,6000,6001 SPLINE,6001,6002,6003,6004,6005,6006 SPLINE,6007,6008,6009,6010,6011,6012 SPLINE,6012,6013,6014,6015,6016,6017 SPLINE,6017,6018,6019,6020,6021,6022
以上便是从 AutoCAD 中等高线生成有限元模型的操作步骤。对于计算来说， 岩土方面常用 FLAC3D 软件进行模拟，可以通过 Ansys to FLAC 转换软件，将 Ansys 中的有限元模型进行转化，变成 FLAC3D 的模型，在此不再赘述。
对于含有不同地层的地质模型来说，地层的建立也可以尝试采用这种方法实 现。虽然此种方法步骤繁琐，运用的软件也很多，但都是基本的操作，没有用到 任何十分深奥的东西，比较容易上手实现，在没有出现地质方面有限元模型建立 的软件之前，此种方法可以值得推广。
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SPLINE,6022,6023,6024,6025,6026,6027
创建 Aera 的语句示例：
*DO,J,1,70,1 *DO,I,1,40,1 AL,40*J+I+5710,40*J+I+5670,J+70*I+8480,J+70*I+8550 *ENDDO *ENDDO
以上语句仅是针对本特例做出的，要根据不同的模型需要做适当的修改。 线和面都创建完毕之后可以将所有的面进行拉伸操作，生成实体模型。语句 如下： 创建 Volume 的语句示例：
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果如下图所示。
图（17） Ansys 中实体修剪示例
建立有限元模型的方法如下：
图（18） Ansys 中实体修剪示例 - 10 -
首先，添加单元类型，比如采用 SOLID45 单元（Preprocessor→Element Type →Add/Edit/Delete，选择 solid45 单元）。
然后，在用 GOCAD 中打开的地形图中，会看到 Curve 一栏中会出现有三个图 层的数据，如下图所示。
图（6） GOCAD 中等高线数据示例 -3-
选中 Curve 中包含有等高线的图层前的复选框，如果有的图层不包含等高线 数据，右击该图层名称，Delete 该图层。做好之后，等高线将会显示出来，如下 图所示。
二、提取 AutoCAD 中等高线
一般来说，工程勘探都有对选址地区地表形态进行描述的地形等高线的电子 图纸，这些包含有等高线的图中会有很多其他图层，如图（1）所示：
图（1） 含有等高线及其他图层的 AutoCAD 示例
首先做的是要清除无关图层，只留下含有等高线数据的图层。当遇到无法删 除图层时，如图（2）所示，则要保证该非等高线图层中没有任何数据。
五、Ansys 中利用等高线数据创建实体及有限元模型
由于 Surfer 导出的数据不能直接被 Ansys 读入，故需将数据进行格式调整， 可利用 Word、Excel 等文本编辑软件对格式进行修改，修改后的文件内容应如下 图所示，该文件即可被 Ansys 直接调用，并创建关键点（Keypoints）。
利用 ANSYS 等软件进行三维地质建模的方法
一、前言
作为一名从事岩土工程方向的研究生，在学习工作过程中经常遇到数值模拟 的问题。在数值模拟过程中，前处理将占用绝大部分时间，而三维地质建模更是 前处理的难点。本文结合自身实践，讲述如何利用 AutoCAD 中已有的等高线图形， 通过 GOCAD、Surfer 和 ANSYS 等软件转化为可进行下一步数值模拟的有限元网格 的具体步骤。步骤和操作虽比较烦琐，但实际易用，便于掌握。
图（15） Ansys 中关键点数据录入格式示例
关键点创建完毕之后，可以利用编程的知识由下到上创建样条线段和空间曲 面（由于利用 Surfer 输出地网格点的坐标都是很有规律的：先对 X 坐标从小到大 排列，再对 Y 坐标从小到大排列，故可通过程序一步步创建出样条线和空间曲面）。 如下图所示为利用 Ansys 的 APDL 语言编写的创建空间样条线段和曲面的语句。 创建 Spline Segment 的语句示例：
图（4） 修改等高线属性示例二 -2-
做好这些准备工作之后，图形应该类似于下图所示，轴测图能够看出，不同 标注值的等高线是不处于同一高度平面的。之后需将处理得到的图形另存为*.dxf （Drawing Exchange Format——绘图交换文件）格式文件，作为 GOCAD 的处理对 象。
图（5） 修改完的等高线图示例
/PREP7 VEXT,1,2800,1,0,0,-200
执行完拉伸操作，实体模型建立如下图所示。
图（16） Ansys 中实体拉伸示例
将 WorkPlane 移动至相应的高度（操作：菜单栏中 WorkPlane→Offset WP to →XYZ Locations +，输入新的 XYZ 点坐标），进行布尔操作（Preprocessor→ Modeling→Operate→Booleans→Divide→Volu by WorkPlane），删除不需要的体 和以下的部件（Preprocessor→Modeling→Delete→Volume & Below），存盘。结
然 后 ， 利 用 MeshTool 对 实 体 进 行 网 格 划 分 （ Preprocessor → Meshing → MeshTool），注意其中的线段设置。本例是利用扫略（Sweep）功能实现网格划分 的，见上图。个别划分失败的实体，可以通过自由划分的方法实现有限元模型的 建立。
六、总结
-1-
图（2） 图层无法删除示例
其次，需要对等高线图层中的等高线属性进行查看和修改。有的地形图中等 高线使用轻量多义线（LWPOLYLINE）勾画的，其中很多数据会包含厚度属性，见 下图所示，需要将其厚度属性改为 0。
图（3） 修改等高线属性示例一
如果等高线没有三维坐标的属性，见下图所示（图示为已有三维坐标的，顶 点 X 坐标、顶点 Y 坐标和标高），则需要根据地形图中等高线标注逐一进行修改， 工作量较大。个人未见有较好的方法可以给等高线自动附上标注的高度 Z 坐标。
图（14） Surfer 中三维网格地图示例 -7-
值得注意的是，用 Surfer 得到的网格数据与 GOCAD 中输出的网格数据是不同 的，其不同在于，GOCAD 该输出的数据是等高线上的离散的拟合点数据，而 Surfer 输出的数据是经过网格均匀化得到的，网格点明显多于前者，也更易于在 Ansys 中进行编程连线，进而创建面及实体。
图（9） GOCAD 中输出等高线数据对话框示例二
打开保存好的文件，其格式应该如下图所示。
图（10） GOCAD 中输出等高线数据文本格式示例
得到该数据之后，可以为下一步的 Surfer 软件处理做好准备。
-5-
四、Surfer 中将等高线数据均匀化
从上一步得到的数据时等高线上离散的拟合点的坐标数据，由于数据点的数 量有限而且较为离散，直接用 Ansys 联线等比较麻烦，因此需要用到 Surfer 软件 将离散的数据点均匀化，生成可以利用 Ansys 的 APDL 语言进行编程处理的数据点。
利用 Surfer 软件读入上一步得到的数据文件：Grid→Data，找到相应的文件， 将弹出一个数据分列的对话框，如下图所示。
图（11） Surfer 中读入等高线数据文本对话框示例一
按照其默认选项，点击 OK 按钮，弹出另一个对话框，如下图所示。
图（12） Surfer 中读入等高线数据文本对话框示例二
三、提取等高线中拟合点数据
地形图中的等高线是通过外业采集得到的数据，通过软件将同一等高线上的 数据点利用拟合的方法（如 AutoCAD 中的 SPLINE 命令）绘制出的，下一步要做的 就是将等高线中的拟合点数据提取出来。
首先，将保存出的*.dxf 格式的文件放于没有任何中文字符的文件路径下， 然后用 GOCAD 软件读入：File→Import Objects→Cultural Data→DXF，找到相 应的文件，读入。
该对话框中有许多高级选项，包括数据的过滤、如何对离散的数据点进行插 值得到网格的方法等选项或按钮，可以尝试选择，对不同的网格生成方法进行对
-6-
比，得到比较合适的能够反映出地表形态的地形图。当前操作是按照其默认选项， 点击 OK 按钮，将生成一个与读入数据文件名相同且路径相同的*.grd 文件，之后 的操作将是针对得到的该文件进行的。
执行 Map→New→3D Gridframe 操作，读取上一步得到的*.grd 文件，将会显 示出网格地图，可进行查看对比。如下图所示。
图（13） Surfer 中三维网格地图显示示例
将该网格数据输出。执行 Grid→Convert，先找到创建的*.grd 文件，然后弹 出保存的文件，写上输出文件名，注意保存类型应该选择*.dat 文件。利用 Surfer 输出的数据格式如下图所示。