(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211142484.4 (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市麓山 南路932号 (72)发明人 赵炼恒　乔楠　赵彪　王曙光　 胡世红　张子健　 (74)专利代理 机构 北京风雅颂专利代理有限公 司 11403 专利代理师 曾志鹏 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 11/00(2006.01) G06T 11/40(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种适用 于物质点法模拟的边坡高效建模 方法 (57)摘要 本发明公开了一种适用于物质 点法模拟的 边坡高效建模方法， 涉及地质灾害数值模拟领 域， 该方法包括以下步骤： （1） 获取边坡模型数字 图像； （2） 边坡模型数字图像处理： 通过颜色填充 和灰度处理将数字图像转化为像素矩阵； （3） 对 边坡模型进行物质点法离散： 按照不同的灰度值 将像素矩 阵转化为与实际模型尺寸相对应的物 质点法模型； （4） 对边坡模型进行材料参数设置； （5） 物质点法模拟。 本发明方法首次将数字图像 处理技术引入到物质点法建模， 从而提供了一种 高效稳定且简便可行的建模 方法， 显著提高物质 点法的建模效率和质量， 促进物质点法在岩土滑 坡大变形分析领域的广泛应用， 进而为准确预测 滑坡致灾程度与防护设计提供 科学依据。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115270519 A 2022.11.01 CN 115270519 A 1.一种适用于物质点法模拟的边坡高效建模方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 获取边坡 模型数字图像； 步骤2、 边坡模型数字图像处理： 先按照材料种类对所述边坡模型数字图像进行不同颜 色的填充， 再利用浮点算法将填充颜色后的所述边坡模型数字图像进行灰度 处理， 以将所 述边坡模型数字图像按照不同的填充颜色转 化为不同灰度值表征的像素矩阵； 步骤3、 对边坡模型进行物质点法离散： 对所述边坡模型数字图像的像素矩阵进行遍 历， 将像素矩阵中的所有像素点按照不同的灰度值转化为物质点， 并基于边坡模型实际尺 寸与所述边坡模型数字图像的像素大小之 间的关系进 行比例转换， 进而生成边坡模型的物 质点法模型； 步骤4、 对边坡模型进行材料参数设置： 基于所选的本构模型， 并按照灰度值的不同对 物质点赋予不同的岩土物理力学参数； 步骤5、 对边坡模型进行物质点法模拟： 基于开源物质点法代码规定的关键字对边坡模 型进行模拟计算相关的参数设置， 并采用开源物质点法代码对所述步骤3生成的物质点法 模型进行求解计算， 以获取边坡模型位移云图和边坡模型塑性应变云图， 进而评估滑坡灾 害的致灾程度和范围。 2.根据权利要求1所述的边坡高效建模方法， 其特征在于， 所述步骤S1中获取边坡模型 数字图像的方法包括： 利用MATLAB、 CAD或CAE软件的前处理功能绘制边坡模型的轮廓并导 出边坡模型的数字图像； 或者 通过工程现场摄 影获取边坡 模型的数字图像。 3.根据权利要求1所述的边坡高效建模方法， 其特 征在于， 所述 步骤3具体包括： 3.1、 基于所述步骤2中像素矩阵的索引值对所述边坡模型数字图像的像素矩阵进行遍 历， 将像素点索引值直接转化为初始物质点坐标， 并按照不同的灰度值对物质点进行材料 分类； 3.2、 按照边坡模型实际尺寸与边坡模型数字图像的像素大小之间的关系， 将初始物质 点坐标转换为与边坡模型实际尺寸对应的物质点坐标， 从而生成边坡模型的物质点法模 型。 4.根据权利要求1所述的边坡高效建模方法， 其特征在于， 所述步骤3中边坡模型数字 图像像素与边坡 模型实际尺寸的转 化比例如下： 上式中：S是每个像素单位对应的实际尺寸， T是边坡模型数字图像纵向或横向所对应 的实际尺寸， A为边坡模型数字图像在纵向或横向上的像素点数目。 5.根据权利要求1所述的边坡高效建模方法， 其特征在于， 所述步骤S4中按照灰度值的 不同对物质点赋予不同的岩 土物理力学参数的具体做法是： 通过MATLAB中的FIND函数索引 为某一灰度值的物质点， 进而将此类物质点统一设置为Drucker ‑Prager本构模型， 即赋予 此类物质点的具体材料参数， 包括密度、 弹性模量、 泊松比、 粘聚力、 内摩擦角、 剪胀角和抗 拉强度。 6.根据权利要求1所述的边坡高效建模方法， 其特征在于， 所述步骤S5中的关键字包括 网格尺寸、 计算时间、 求 解格式、 输出设置以及边界条件。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115270519 A 2一种适用于物质点法模拟 的边坡高 效建模方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 地质灾害数值模拟技术领域， 具体涉及一种适用于物质点法模拟的边 坡高效建模方法。 背景技术 [0002]滑坡灾害频发是影响经济和社会可持续发展的重大地质灾害问题。 鉴于滑坡灾害 的复杂性和危害性， 滑坡的有效防治对保证 国民经济持续稳定发展尤为重要。 随着计算机 技术的进步， 数值分析方法逐渐成为研究边坡稳定性的有力手段， 但常用于边坡数值分析 的有限元法或有限差分法等在处理材料大变形问题 时， 往往发生网格畸变， 从而导致计算 失败。 [0003]而近年来发展起来的物质点法特别适用于分析超大变形和移动界面问题， 其采用 拉格朗日质点和欧拉网格双重描述， 避免了欧拉法中因非线性对流项和拉格朗日法中因网 格畸变而产生的数值求解困难， 且容易跟踪物质界面， 兼具欧拉法和拉格朗日法优势。 相比 其他大变形数值方法表现出较高计算效率和良好稳定性。 但目前仍未发布一款以物质点法 为计算内核的成熟软件， 基于物质点法的研究多基于开源代码开展， 其均未包含完善的建 模功能， 这严重影响了该方法在岩土滑坡领域的广泛应用， 因此亟待提出一种普遍适用、 简 单高效且适用于物质点法模拟的边坡高效建模方法。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供一种广 泛适用、 简单便捷、 高效稳定、 易于掌握的适用于物 质点法模拟的边坡高效建模方法， 以解决背景技 术中提出的问题。 [0005]为实现上述目的， 本发明提供了一种适用于物质点法模拟的边坡高效建模方法， 包括以下步骤： 步骤1、 获取边坡 模型数字图像； 步骤2、 边坡模型数字图像处理： 先按照材料种类对所述边坡模型数字图像进行不 同颜色的填充， 再利用浮点算法将填充颜色后的所述边坡模型数字图像进行灰度 处理， 以 将所述边坡模型数字图像按照不同的填充颜色转 化为不同灰度值表征的像素矩阵； 步骤3、 对边坡模型进行物质点法离散： 对所述边坡模型数字图像的像素矩阵进行 遍历， 将像素矩阵中的所有像素点按照不同的灰度值转化为物质点， 并基于边坡模型实际 尺寸与所述边坡模型数字图像的像素大小之间的关系进行比例转换， 进而生成边坡模型的 物质点法模型； 步骤4、 对边坡模型进行材料参数设置： 基于所选的本构模型， 并按照灰度值的不 同对物质点赋予不同的岩土物理力学参数； 步骤5、 物质点法模拟： 基于开源物质点法代码规定的关键字对边坡模型进行模拟 计算相关的参数设置， 并采用开源物质点法代码对所述步骤3生成的边坡物质点法模型进 行求解计算， 以获取边坡模型位移云图和边坡模型塑性应变云图等， 进而评估滑坡灾害的说　明　书 1/5 页 3 CN 115270519 A 3