矩形三维随机裂隙网络。 使用COMSOL with Matlab接口编程。 可以直接导入COM...

矩形三维随机裂隙网络。 使用COMSOL with Matlab接口编程。 可以直接导入COMSOL中，无需CAD，无需提取数据，方便快捷可以直接计算。 裂隙由matlab编程生成，能够生成两组不同产状的裂隙。 裂隙长度的分布律可以为确定的裂隙长度，也可以为在一定范围内随机均匀分布的长度。 注释十分详细，有运行的示范视频，可以直接改数据生成需要的三维裂隙网格。 三维随机裂隙网络模型均为自己编程，保证能够运行。 可以生成多组不同产状的裂隙。 （任意组数都行）

概述

本文介绍了一套基于COMSOL与Matlab接口编程的三维随机裂隙网络生成工具。该工具能够直接在COMSOL中创建包含随机分布裂隙的几何模型，无需借助CAD软件，也无需手动提取数据，极大地简化了裂隙岩体建模的工作流程。系统支持生成圆形和矩形两种裂隙形态，并能创建多组不同产状的裂隙网络。

核心功能特性

1. 灵活的裂隙几何定义

工具提供两种裂隙形态选择：

圆形裂隙：通过半径参数定义裂隙大小，适用于模拟近似圆形的裂隙开口。

矩形裂隙：通过长度和宽度参数定义裂隙尺寸，更适合模拟具有一定方向性的板状裂隙。

2. 多组裂隙系统支持

系统支持同时生成多组具有不同地质特征的裂隙：

• 可自定义每组裂隙的数量
• 每组裂隙可独立设置产状参数（走向、倾向）
• 每组裂隙可独立设置尺寸分布参数

3. 丰富的参数分布模型

产状参数分布：

• 走向和倾向支持正态分布
• 用户可设置平均值和方差来控制分布特征

尺寸参数分布：

• 支持均匀分布和正态分布两种模式
• 对于圆形裂隙，控制半径分布
• 对于矩形裂隙，分别控制长度和宽度分布

4. 自动化建模流程

工具实现了完整的自动化建模流程：

1. 创建基础岩体块（矩形区域）
2. 按照参数设置生成随机裂隙工作面
3. 将裂隙几何特征整合到累积选择集中
4. 使用分区操作将裂隙嵌入岩体
5. 自动保存模型并可视化结果

技术实现架构

模型初始化

工具首先建立COMSOL模型基础结构，包括组件、几何和网格模块。创建累积选择集用于后续管理所有生成的裂隙几何特征。

model = ModelUtil.create('Model');
model.component.create('comp1', true);
model.component('comp1').geom.create('geom1', 3);
model.component('comp1').geom('geom1').selection().create('csel1', 'CumulativeSelection');

裂隙生成机制

每个裂隙通过创建工作平面（WorkPlane）实现精确定位和定向：

1. 位置随机化：裂隙中心点在岩体区域内均匀随机分布
2. 产状控制：通过欧拉角定义裂隙的空间方位，考虑走向和倾向的随机分布
3. 几何创建：在工作平面上创建圆形或矩形几何特征
4. 尺寸控制：根据设定的分布模式生成裂隙尺寸参数

参数配置系统

工具采用结构化的参数配置方式，主要参数包括：

• 岩体尺寸（长、宽、高）
• 裂隙组数和每组裂隙数量
• 产状统计参数（平均值、方差）
• 尺寸分布参数（最小值、最大值或平均值、方差）
• 分布模式标志位

应用价值

科研应用

1. 岩体力学研究：为裂隙岩体的力学行为模拟提供真实几何模型
2. 渗流分析：研究裂隙网络对流体运移的影响
3. 地质工程：模拟实际工程中的岩体裂隙系统

工程优势

1. 效率提升：相比传统CAD建模，自动化生成节省大量时间
2. 参数化设计：便于进行参数敏感性分析和优化研究
3. 可重复性：确保相同参数设置下模型生成的一致性
4. 集成化工作流：直接生成可用于COMSOL仿真的完整几何模型

使用场景示例

该工具特别适用于以下场景：

• 地下工程围岩稳定性分析
• 油气储层裂隙网络建模
• 地热资源开发中的裂隙系统模拟
• 岩石力学教学与科研中的虚拟实验

总结

这套三维随机裂隙网络生成工具通过COMSOL与Matlab的深度集成，实现了高效、灵活的裂隙岩体建模解决方案。其参数化设计和多组裂隙系统支持能力，使其成为地质工程和岩体力学研究领域的强大工具。通过自动化的工作流程，研究人员可以快速构建复杂的裂隙网络模型，专注于物理问题的研究而非几何建模的繁琐工作。