基于matlab的滑坡三维有限元前处理研究

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1、分类号TU4密级公开UDC624硕士学位论文基于MATLAB的滑坡三维有限元前处理研究学位申请人：于志伟学科专业：防灾减灾工程及防护工程指导教师：程圣国教授二○一四年六月万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceinEngineeringResearchonthePre-processingofThree-dimensionalFiniteElementofLandslideBased

2、ontheMATLABGraduateStudent：YuZhiweiDisasterPreventionandReductionMajor：EngineeringandProtectiveEngineeringSupervisor：Prof.ChengShengguoChinaThreeGorgesUniversityYichang,443002,P.R.ChinaJune,2014万方数据三峡大学硕士学位论文三峡大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文

3、中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名：日期：___________________________________________________________________________________I万方数据三峡大学硕士学位论文内容摘要滑坡是一种常见、多发的地质灾害，其稳定性分析与评价是国内外学者关注的热点问题，有限单元法是最常用的数值分析方法之一。因

4、地形地貌复杂多变，如何快速构建滑坡三维数值模型及有限元网格自动生成等前处理工作是该领域研究的难点问题。目前大型商用有限元软件，如ANSYS、ABAQUS等，都有较强大的前处理模块，但是在几何模型的建立与修改，网格的编辑等方面存在限制，特别是针对滑坡这类地形地貌复杂的地质体构建有限元模型时需耗费大量的时间和精力，需开发一套专门的滑坡三维有限元前处理程序。本文重点研究了滑坡三维有限元前处理中的关键技术问题：三维空间数据的快速提取及程序实现、基于不规则三角网和基于规则格网的数字高程模型（DEM）表面建模技术及程序开发，基于滑坡剖面

5、图的滑面DEM建模技术，滑坡三维有限元网格自动生成技术，并基于MATLAB平台自主研发了一套滑坡三维有限元前处理软件（PREFEM），其快速高效的特征使滑坡三维有限元建模、网格剖分等前处理工作效率显著提高，在该领域具有重要的实践价值与应用前景。主要的研究工作及取得的成果如下：1）编写了具有版本兼容性的滑坡三维地形数据提取及可视化的MATLAB程序，实现了滑坡三维地形特征的快速构造：在分析AutoCADDXF格式文件的基本结构，对比不同版本DXF文件的图元类型的基础上，利用MATLAB编写了具有版本兼容性的DXF文件数据提取程

6、序，建立MATLAB与CAD文件的数据接口。该DXF文件数据提取程序可以从CAD地形图中直接提取建立DEM表面模型所需的三维空间数据，具有快速高效，能够准确提取地形数据等优点，实现了复杂地形滑坡三维地形地貌的快速高效的数字可视化。2）编写了DEM表面模型建模的MATLAB程序，成功建立了基于不规则三角网的TIN模型和基于规则格网的Grid模型。针对地形几何建模中常用的Delaunay三角形开展研究，并基于Delaunay三角剖分规则构建了不规则三角网TIN模型；详细研究了DEM内插模型中的逐点内插法和整体内插法，针对逐点内插

7、法中插值邻域搜索算法不收敛的情况，采用了变步长搜索策略，编写了逐点内插法和整体内插法的计算程序，构建了基于规则格网的Grid模型。基于不规则三角网的TIN模型虽然能够更逼真的表示复杂地形表面的起伏状态，但考虑到四面体网格在计算精度、划分数量、抗畸变程度等方面明显不如六面体网格，所以建立滑坡几何模型时更多的采用基于规则格网的Grid模型。3）提出了基于滑坡剖面图建立滑面DEM模型的方法，该方法是在DEM表面模____________________________________________________________

8、_______________________II万方数据三峡大学硕士学位论文型的基础上，首先用三次样条曲线沿顺坡向进行纵向内插，内插出与表面模型格网数据相匹配的剖面线，然后再用纵向内插的数据作为采样点，结合滑坡边界信息进行横向内插，计算出滑面区域内的所有网格点的高程，从而建立滑面DEM模