如何基于CAD地形图建立三维数值模型地表

     在三维模型的数值模拟时有时需要建立与实际地形更为接近的地表，比如在进行三维边坡稳定性分析，偏压隧道的分析等情况时。本文提出一种基于地形图建立模型地表的方法。

一、基本思路

①导出地形图中的坐标及高程数据；

②将高程数据网格化，建立地表曲面数据

③导出网格节点的坐标及高程数据，读入数值模拟软件（GTSNX，Ansys等）

二、所用软件工具

①dxf2xyz，用于导出地形图中的高程点，生产x，y，z数据；

②Surfer，用于将高程点数据网格化；

三、操作流程

1、CAD地形图处理

        首先对地形图进行处理，只保留需要建模区域的地形图，删除无高程点的图元。往往处理结束后只剩余文字和多段线，如果地形图中的等高线为样条曲线应转化为多段线，因为dxf2xyz不识别样条曲线（CAD插件常青藤有此功能）。将地形图高程点导出为x，y，z数据的方法和软件有很多，也可采用其他方法。

        注：快速删除所有无高程的图元的技巧为用CAD”快速选择” ，按z值（标高）范围选择，比如某地的地表高程所在范围200-350之间，则可以将标高＜200的全部删除；

2、用dxf2xyz，生产xyz的数据

        将处理好的地形图另存为dxf2000或低版本的dwg，用dxf2xyz选中需要转换的地形图。

设置需要导出的cad图元类型，该软件可以识别的类型有“点”、“直线”、“多段线”、“文本=字”。

设置导出数据的格式：

选中按行输出，输出x，y，z三种数据。

3、用excel处理数据

虽然第一步已经对地形图进行了处理，但是不可避免的还是会存在一些无效数据，比如我们需要坐标值在X:0-200，Y:0-300范围的数据，可能出现X 的最大值为201等小错误，我们需要更改这些数值。

①将xyz数据拷贝至excel中；

②升序排列，删除数据过小值及过大值，即不在范围中的数值；

③调整坐标值范围，可局部调整为整数；

④将处理好数据拷贝至另一单独的文本文档中；

4、Surfer生产网格标高

①Grid->Data->选择excel中处理完成的文本稳定数据

设置合理的间距，从而控制节点数量，如下图代表X的范围为0~260m，网格间距4m，X方向共有66行。

② map->New->3D surface，查看表面地形数据是否合理，不合理需要重新编辑地形图，或在excel中编辑

③下图为显示的地形图，画圈位置明显不合理，可通过surfer编辑

④Grid->Grid Node Editor手动改此处z坐标

⑤file->saveas 选择DAT XYZ(*.dat)格式，在同文件夹下生产out.dat

5、将网格数据导入数值分析软件生产曲面

      用excel表格打开刚才生产的out.dat文件，可以看到网格化后的x，y，z数据。由于每种数值模拟软件的数据格式要求不同，由点生成面的命令也不一样，需要对上述数据根据软件的要求进行二次加工。本文以GTS NX为例进行演示。GTS NX中仅需要最后一项Z值即可生产地表曲面，删除x，y数据，仅保留z数据，保存为Z.dat。

在GTS NX中导入刚才生产的Z.dat:

①GTS NX->几何->生产曲面->格栅面

GTS中M指X方向网格数，N指Y方向网格数，LX为X方向长度，LY为Y方向长度。

②选择标高->荷载，选择刚才生产的Z.dat->确认

③结果展示

利用地形图建立的三维模型地表

分析基坑开挖后的边坡稳定性

祝好

ANSYS结构院

2019.12.01