地质和采矿软件Leapfrog Geo与数值模拟软件的集成

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1 引言

尽管市场上有许多种类的地质和采矿工具可以建立三维模型，但业内最受欢迎的软件是Leapfrog Geo，另一方面，导入Geometry模型进行岩土工程稳定性分析逐渐流行起来【三维Geometry模型创建方法; 使用Geometry建立三维极限平衡边坡模型】，这两个发展趋势使得Leapfrog Geo与岩土工程数值模拟的结合变得日益紧密。具体表现在：

(1) Geostudio---Geostudio导入Leapfrog Geo模型，这在很大程度上是因为Leapfrog和Geostudio现在属于同一家公司Seequent，因而这种集成变得非常自然；

(2) Plaxis LE---Plaxis LE导入Leapfrog Geo模型，Plaxis LE现在属于Bentley公司，Bentley强大的技术力量使得Plaxis LE可以直接导入Leapfrog Geo模型。

(3) Rocscience---Rocscience的EX3,Slide3和RS3现在可以无缝对接Leapfrog Geo模型。

值得一提的是，尽管Geostudio和Plaxis LE现在已经改变了"身份"，但这三家公司本质上都是加拿大本土发展起来的公司，它们分别位于卡尔加里，萨斯卡通和多伦多。

2 块体模型

Leapfrog Geo与数值模拟软件的集成是通过块体模型(Block Model)实现的。块体模型是表示三维材料特性的一种流行方式，主要应用于矿业工程【综合的地质、资源模拟、矿山规划和生产软件-Surpac 2020 块体模拟(Block Modeling)；矿山规划软件Deswik.CAD---设计和固体模拟(Design & Solids Modeling)】，用来定量化矿产资源。块体模型对矿体及其围岩离散成特定大小的块，这些块的尺寸可以是均匀的，也可以是非均匀的，每个块包含着位置及其材料属性的信息。典型的块体模型文件格式是CSV，当软件读取该文件时，通常具有灵活的列映射(column mapping)。

一个块体模型应该至少由4列组成，前3列定义块体中心的坐标值(x,y,z)，第四列定义该块体的一个属性。一些采矿地质软件可以读入任意数目的列，而专用的边坡稳定性软件一般只保留一列"material"，这一列用来区分不同的地层。

一个矿床的块体模型共有9列，第1列是块体的id, x,y,z是块体中心点的坐标，其余各列是块体的属性，如下所示。

id,x,y,z,cost,value,rock_tonnes,ore_tonnes,final_pit,period

(1) 首先右击树状命令Block Models > Import Block Model...，打开输入模型对话框；

(2) 在Select Columns > Define Grid中定义输入的列, 可以选择性输入，也可以点击"Import All Columns"输入全部列，"File Data"内会自动把表头加上去，这就是上面提及的列映射(column mapping)。

(3) 接着按"Next"按钮转到下一页面，"CSV data"会显式出文件内x,y,z的最大值和最小值，这些值可以用鼠标拖拉到如下图所示的输入框。“Values to enter"共有四个选择，无疑"Block size, Minimum centroid, Maximum centroid"是最好的选项，因为可以直接使用最大值和最小值，不需要自己换算。如果值输入正确的话，会显式信息"All the centroids in the file match the grid you've defined"，这表示填写成功，否则需要检查核对输入的数值。

因此这个块体模型共有25155个块体。下图所示的是cost属性的块体模型图，可以使用直方图统计不同cost的出现频率，其它属性的操作方法与之相同。

这个模型不能直接输入到SLIDE3和PLE中，因为在CSV文件中没有"Material"列。

3 稳定性分析

下面所示的边坡模型共有7列，其中x,y,z是块体中心点的坐标，dx,dy,dz是块体的边长，material是材料名称。

x,y,z,dx,dy,dz,material

按照与上个例子相同的方法导入CSV文件，最关键的输入数值如下所示，这些数值保存在原始的文件头中，显式信息"All the centroids in the file match the grid you've defined"，表示数值填写正确，这个模型共产生3500000个块体。

产生的块体模型如下图所示，由四种材料组成。这个数据文件可以直接输入到Slide3和PLE中。

在PLE的边坡稳定性模型中，块体模型数据与定义的区域、表面和材料体积网格(MVM)一起使用，以定义模型内任意点的材料属性。当存在多种材料属性时，优先顺序是MVM，然后是块体模型，最后是材料层。块状模型中的任何空隙或空白将被视为由模型体积材料层分配所定义的材料来填补。即使模型中存在块状模型，模型体仍必须至少包含一个有定义材料的层。块状模型的几何图形只在定义了模型体积的地方被考虑。也就是说，位于顶面以上、底面以下或任何区域以外的块状模型几何体将被自动忽略，而不需要用户手动剪切数据。下图所示的是在PLE中显示的块体模型。

当块体模型输入完成后，可以检查每种材料的体积(Geometry>Block Models..)。同时，系统为每种材料分配了Mohr-Coulomb材料模型和相同的参数值，c=1kPa, fei=35°，可在此基础上进行修改。