借助中仿ShapeMetriX与RocTunnel3的无缝三维隧道分析

2025-08-28 22:46:58 iGeo

RocTunnel3是我们最新的三维块体建模与稳定性分析工具之一，专为地下开挖设计。它将真正的三维运动学分析能力引入复杂隧道几何形体——使工程师能够模拟开挖阶段、解释块体破坏机制，并在制定支护策略时更加自信。

RocTunnel3与ShapeMetriX无缝集成，充分利用3GSM的摄影测量和激光雷达数据，将高精度的实测几何形体和结构测绘直接导入建模环境。本文将介绍如何将ShapeMetriX的现场数据逐步导入RocTunnel3，构建符合地质实际的三维开挖模型。该流程可帮助岩土工程师真实模拟实测开挖、节理构造和开挖阶段，从而预测三维块体破坏、管理风险并支持现场决策。

RocTunnel3可以从ShapeMetriX导入什么？

不同开挖阶段的实测几何形体（.obj格式），来源于摄影测量或激光雷达。
在ShapeMetriX中测绘的地质构造数据，包括倾角、倾向、空间位置(x,y,z)和表观尺寸（.dips8格式）。
以几何文件格式（如.obj或.dxf）表示的大尺度构造面，用于预测潜在破坏，既可为光滑面也可为粗糙面。

工作流程

项目设置

三维建模从Project Settings开始。需定义：

单位体系；
分析阶段数（依据开挖顺序、荷载与支护而定）；
设计安全系数(Design Factor of Safety)。

任何几何上可移除且安全系数低于设定值的块体，均会被标记为“失稳块体”。

几何建模

在ShapeMetriX中基于摄影测量或激光雷达生成的三维开挖模型，可作为.obj文件导入RocTunnel3。Rocscience的所有三维软件均支持.obj、.dxf等格式。此外，还可从点数据生成表面，直接在软件中建立三角化几何体。

随着开挖推进，可在多个阶段进行遥感扫描，得到一系列不同阶段的几何体。这些几何可批量导入RocTunnel3，并进一步通过内置工具处理缺陷，生成3D分析所需的体积模型。

图1.通过ShapeMetriX生成的开挖表面批量导入RocTunnel3

几何缺陷需修复，以避免计算干扰。RocTunnel3提供以下修复工具：

Merge：消除重叠；
Retriangulate：重新三角化；
Ungroupnon-manifold：处理非流形或T形交点，剔除无关几何；
Ungroupdis joint：处理不连续单元；
Repair：整体缺陷诊断与修复。

图2.几何修复工具：用于缺陷诊断与修复

修复完成后，需建立ExternalBox并执行DivideAll操作。ExternalBox表示围岩体积，DivideAll将其与开挖面相交，得到分阶段的开挖体积及周围岩体。

图3.通过ExternalBox生成的围岩体积

岩体与开挖

可定义不同的岩体参数（如容重、地下水特性），并赋值给岩体体积。开挖体积等效于“无材料(No Material)”属性。对于分阶段开挖，只需在对应阶段将目标体积设置为“无材料”。

图4.将开挖体积指定为“无材料”以表示开挖

构造

在RocTunnel3中，构造既可来自Measured Joints，也可来自几何文件，均与ShapeMetriX数据兼容。

Measured Joints：包含倾角、倾向、位置(x,y,z)、表观尺寸，存储为.dips8文件，可直接导入RocTunnel3；同时可在Dips中打开，用于节理组、统计和运动学分析。
大尺度构造面：可在ShapeMetriX中放大推断并导出为.dxf，导入RocTunnel3后定义为节理面并赋予抗剪强度。