李保，代波

(重慶市地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計院，重慶 400700)

0 前言

我們的巖土工程勘察設(shè)計工作圖件多離不開AutoCAD制圖軟件，但工作中常常需要繪制一些特殊的圖件，這些特征圖件若在AutoCAD中手工繪制，將是一件費時費力的事情，但AutoCAD提供了程序應(yīng)用界面，用戶可以利用許多編程語言編制自己需要的程序在AutoCAD中執(zhí)行，以提高用戶的工作效率。

AutoLISP是為擴展和自定義AutoCAD功能而設(shè)計的一種編程語言，它的程序編制過程十分簡單、而且直接，可以不需要專門的編程界面，以文本文件的形式，在記事本中就可以直接編輯；而其程序的加載也十分簡單，只需把編制好的程序直接用鼠標(biāo)托拽入AutoCAD窗口界面中，也可通過其它方式自動加載進(jìn)AutoCAD中，加載后就可以象使用AutoCAD的內(nèi)部命令一樣，輸入定義的命令名，直接執(zhí)行。

結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖是巖土工程勘察中對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析的基本圖件，若是采用手工繪制，將是件非常費時費力的事情，本文運用AutoLISP語言編制的自動成圖程序，采用在AutoCAD窗口的命令欄，交互輸入結(jié)構(gòu)面參數(shù)而直接生成結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖，其做圖方法簡單、直接，大大提高工作效率。

1 赤平極射投影圖原理[5]

赤平極射投影是解析平面和直線的空間關(guān)系的一種圖解方法，在巖體工程研究中，利用赤平極射投影來表示巖體中各結(jié)構(gòu)面和臨空面的方向和角度，以及它們之間的角距，可以在投影圖上簡便地確定它們的夾角和組合關(guān)系，確定巖體的結(jié)構(gòu)特征，完全用圖解的方法代替繁雜的公式演算，既簡便迅速，也比較形象直觀。

在赤平極射投影圖上，外圓為赤道大圓，代表赤道平面（既水平面），其上、下、左、右分別代表北（N）、南（S）、西（W）、東（E）方位，并按360°方位角分度。各結(jié)構(gòu)面投影在赤道大圓上反映為一條圓弧線：弧線與赤道大圓兩側(cè)交點的連線為大圓的一條直徑，代表了結(jié)構(gòu)面的走向；弧線彎曲方向代表結(jié)構(gòu)面的傾向；弧線中點距大圓圓心的距離代表了結(jié)構(gòu)面的傾角，弧線中點距圓心越近、傾角越大（通過圓心，傾角為90°），弧線中點距圓心越遠(yuǎn)、傾角越?。ㄍㄟ^大圓，傾角為0°）。

弧線中點距大圓圓心的距離計算公式為：

ox=r×tan(π/4－Φ/2)

式中：ox——弧線中點至圓心距離；

r——赤道大圓半徑（本程序設(shè)置大圓半徑為25mm）；

Φ——結(jié)構(gòu)面傾角。

結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的表達(dá)式為：傾向∠傾角，

例如：結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為58°∠32°其赤平極射投影圖見圖1。

圖1 產(chǎn)狀為58°∠32°結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖

其中：NWSE為赤道大圓（本程序設(shè)定半徑為25mm），AXB為結(jié)構(gòu)面的投影圓?。óa(chǎn)狀為58°∠32°），AB為結(jié)構(gòu)面的走向直徑（走向為328°－148°），XO的指向代表結(jié)構(gòu)面的傾向（58°），X點距離圓心O點的距離為13.86mm代表傾角的大小（32°）。

2 程序編制思路

程序在執(zhí)行的過程中采用交互方式，以便在AutoCAD的命令欄中輸入相關(guān)參數(shù)。

首先為編制的程序定義一個命令名稱，以便在AutoCAD的命令欄直接輸入命令名，既可執(zhí)行本程序。

程序執(zhí)行后，第一步，在指定位置處自動畫出大圓，并在大圓相應(yīng)位置標(biāo)注出北（N）、南（S）、西（W）、東（E）及圓心，在大圓下部標(biāo)注圖件名稱。

第二步，在命令欄中輸入結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀參數(shù)，每輸入一條結(jié)構(gòu)面參數(shù)，就在大圓中自動畫出一條結(jié)構(gòu)面圓弧，循環(huán)直至全部結(jié)構(gòu)面參數(shù)輸入完成。

第三步，結(jié)束程序，完成赤平極射投影圖。

3 程序編制詳解

本程序使用AutoLISP語言編制，可以用文本文件（.txt）直接編輯，編輯完成后直接保存，將文件的后輟.txt直接改成.lsp既可。

在AutoLISP程序中，可以加入中文注釋，用以解釋某段語句的含義，便于其它人或以后修改時明白語句的內(nèi)容，注釋方式為：以半角分號作為注釋的分隔符，分號之后的內(nèi)容即為注釋，注釋可以單獨一行，也可以附在某語句后，而在程序運行時，注釋部分的內(nèi)容不參與程序的運行。

（1）首先為程序定義一個命令名稱[1]（定義的名稱不能與AutoCAD內(nèi)部命令重名，以免引起程序執(zhí)行錯誤），在AutoCAD的命令欄直接輸入定義的命令名，既可執(zhí)行本程序，本程序命令名稱定義為：CPTYT。語句如下：

(/oce1 oce2 oce3 oce4 oce5 p1 pz1 R fn1 n1 n2 qxc qxp qx qjp qj pt1 pt2 pt3 a1 str)；定義本程序命令名稱為CPTYT，括號中為定義本程序中所用到的所有變量名稱。

（2）定義在AutoCAD中執(zhí)行返回操作時，本程序返回時的起點，語句如下：

(command"undo""be")

（3）保存系統(tǒng)原變量值（以便結(jié)束本程序后恢復(fù)系統(tǒng)變量環(huán)境），并按本程序的運行要求修改為新的系統(tǒng)變量值[2]，語句如下：

(setq oce1(getvar"cmdecho")；保存命令響應(yīng)原變量值。

oce2(getvar"OSNAPCOORD")；保存坐標(biāo)數(shù)據(jù)優(yōu)先級原變量值。

oce3(getvar"OSMODE")；保存捕捉原變量值。

oce4(getvar"ANGDIR")；保存角度正方向原變量值。

oce5(getvar"ANGBASE"))；保存基準(zhǔn)角度原變量值。

(setvar"cmdecho"0)；關(guān)閉命令響應(yīng)。

(setvar"OSNAPCOORD"1)；坐標(biāo)數(shù)據(jù)優(yōu)先級設(shè)為：鍵盤輸入替代對象捕捉設(shè)置。

(setvar"OSMODE"7095)；改變捕捉模式。

(setvar"ANGDIR"0)；角度正方向為逆時針。

(setvar"ANGBASE"0)；基準(zhǔn)角度東方為0。

（4）定義一個字體樣式、并設(shè)置為當(dāng)前字體樣式，新建一個圖層、并設(shè)置為當(dāng)前圖層（以免與其它內(nèi)容混在一個圖層上），語句如下：

(if(=(Tblsearch"style""BG_ST")nil)

(command"-style""BG_ST""宋體"00.80"n""n"))；定義一個文字樣式，樣式名稱為“BG_ST”，采用宋體，寬高比為0.8。

(command"textstyle""BG_ST")；設(shè)置當(dāng)前字體樣式為“BG_ST”。

(If(=(Tblsearch"layer""結(jié)構(gòu)面")nil)

(command"-layer""n""結(jié)構(gòu)面""c"7"結(jié)構(gòu)面""s""結(jié)構(gòu)面"""))；定義一個新圖層，圖層名稱為“結(jié)構(gòu)面”，顏色用7號（白色）。

(command"-layer""c"7"結(jié)構(gòu)面""s""結(jié)構(gòu)面""")；設(shè)置“結(jié)構(gòu)面”為當(dāng)前圖層。

（5）用鼠標(biāo)在AutoCAD中指定赤平極射投影圖的繪制位置[4]（大圓圓心的位置），并設(shè)置大圓的半徑，語句如下：

(setq p1(getpoint" 請指定繪圖基點:")；等待用鼠標(biāo)在AutoCAD中指定大圓圓心的位置。

pz1(polar p1035)；計算結(jié)構(gòu)面的注釋位置。

R 25)；設(shè)置大圓半徑為25mm。

（6）繪制大圓[3]，標(biāo)注北（N）、南（S）、西（W）、東（E），并標(biāo)注圖名，語句如下：

(command"zoom""w"(polar p1(*pi 0.5)40)(polar p1(*pi 1.5)50))；根據(jù)指定的基點縮放窗口至合適位置及大小。

(command"line"(polar p1 pi 2.5)(polar p102.5)"")；畫圓心處短橫線。

(command"line"(polar p1(*pi 0.5)2.5)(polar p1(*pi 1.5)2.5)"")；畫圓心處短豎線。

(command"line"(polar p1025)(polar p1026.5)"")；畫大圓東標(biāo)注短線。

(command"line"(polar p1(*pi 0.5)25)(polar p1(*pi 0.5)26.5)"")；畫大圓北標(biāo)注短線。

(command"line"(polar p1 pi 25)(polar p1 pi 26.5)"")；畫大圓西標(biāo)注短線。

(command"line"(polar p1(*pi 1.5)25)(polar p1(*pi 1.5)26.5)"")；畫大圓南標(biāo)注短線。

(command"circle"p1 R)；畫出大圓。

(command"text""ml"(polar p1028)2.50"E")；標(biāo)注大圓東。

(command"text""bc"(polar p1(*pi 0.5)28)2.50"N")；標(biāo)注大圓北。

(command"text""mr"(polar p1 pi 28)2.50"W")；標(biāo)注大圓西。

(command"text""tc"(polar p1(*pi 1.5)28)2.50"S")；標(biāo)注大圓南。

(command"text""m"(polar p1(*pi 1.5)38)3.20"結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖")；在大圓的下方，標(biāo)注圖名。

（7）在命令欄輸入結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀參數(shù)（傾向、傾角），控制傾向為0～360°之間、并為整數(shù)，控制傾角為0～90°之間、并為整數(shù)，輸入一條結(jié)構(gòu)面參數(shù)、畫出一條結(jié)構(gòu)面弧線、并用文字標(biāo)注出序號及其產(chǎn)狀，并循環(huán)至全部結(jié)構(gòu)面輸入完成[1]，語句如下：

(setq n11 n2888)(while(=n2888)；循環(huán)繪制圓弧及結(jié)構(gòu)面注釋起點。

以下內(nèi)容為等待輸入結(jié)構(gòu)面傾向，并控制傾向范圍為0～360°之間，且為整數(shù)。

(setq qxc 888)(while(=qxc 888)(if(not(setq qxp(getint" 輸入結(jié)構(gòu)面傾向<退出>:")))

(setq qxc 886))(if(=qxc 886)(setq qxc 886)(cond((

(setq qxc 888)(princ"--傾向數(shù)值太小,重新輸入--"))

((>qxp 360)(setq qxc 888)(princ"--傾向數(shù)值太大,重新輸入--"))

(t(setq qxc 880)))))

(if(=qxc 880)(setq qx(/(*(-90 qxp)PI)180)))

以下內(nèi)容為等待輸入結(jié)構(gòu)面傾角，并控制傾角范圍為0～90度之間，且為整數(shù)。

(if(=qxc 886)(setq qxc 886)(setq qxc 888))

(while(=qxc 888)(if(not(setq qjp(getint" 輸入結(jié)構(gòu)面傾角<退出>:")))

(setq qxc 886))(if(=qxc 886)(setq qxc 886)(cond((

(setq qxc 888)(princ"--傾角數(shù)值太小,重新輸入--"))

((>qjp 90)(setq qxc 888)

(princ"--傾角數(shù)值太大,重新輸入--"))

(t(setq qxc 880)))))

(if(=qxc 880)(setq qj(/(*qjp PI)180)))

以下內(nèi)容為：根據(jù)輸入的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀參數(shù)，計算出圓弧的位置坐標(biāo)，并畫出結(jié)構(gòu)面圓弧，在弧線的中心點標(biāo)注結(jié)構(gòu)面序號。

以下內(nèi)容為：將輸入的結(jié)構(gòu)面序號及其產(chǎn)狀內(nèi)容，用文字標(biāo)注在大圓的右側(cè)。

(cond((=qxc 880)

(progn

(setq str(strcat(itoa n1)".結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀："(itoa qxp)"°∠"

(itoa qjp)"°"))(command"text""tl"pz12.80 str)

(setq n1(1+n1)pz1(polar pz1(*pi 1.5)6)

n2888)))(t(progn(setq n2886)))))；循環(huán)繪制圓弧及結(jié)構(gòu)面注釋終點。

（8）恢復(fù)系統(tǒng)變量值，還原系統(tǒng)環(huán)境，語句如下：

(setvar"cmdecho"oce1)；恢復(fù)命令響應(yīng)。

(setvar"OSNAPCOORD"oce2)；恢復(fù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)優(yōu)先級設(shè)置。

(setvar"OSMODE"oce3)；恢復(fù)捕捉模式。

(setvar"ANGDIR"oce4)；恢復(fù)角度正方向。

(setvar"ANGBASE"oce5)；恢復(fù)基準(zhǔn)角度。

（9）定義在AutoCAD中執(zhí)行返回操作時，本程序返回時的終點，語句如下：

(command"undo""e")

（10）結(jié)束本程序的運行，語句如下：

(princ))

4 程序加載及運行實例

假設(shè)一個巖質(zhì)邊坡有如下幾組結(jié)構(gòu)面（結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀見表1），使用本程序成圖的過程如下。

表1 結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀參數(shù)表

（1）加載程序

最簡單的加載方式：將程序文件直接托拽入AutoCAD窗口中，即可加載。在命令欄最后若顯示“C:CPTYT”，即表明程序加載成功，見圖2。

圖2 程序加載示意圖

（2）運行程序

在命令欄直接輸入定義的命令名“CPTYT”，按回車鍵，即運行本程序，同時在命令欄會提示“請指定繪圖基點”。

此時程序等待用戶輸入繪圖基點位置，用戶用鼠標(biāo)在AutoCAD窗口中點擊某位置后，程序會將此位置作為大圓的圓心，開始自動繪制完成大圓，標(biāo)注圓心十字短線、北南西東方位、圖件名稱等，并以該點作為中心縮放窗口中內(nèi)容至合適大小，同時在命令欄會提示“輸入結(jié)構(gòu)面傾向”，見圖3。

圖3 程序運行示意圖(1)

接著，用戶在命令欄輸入第一條結(jié)構(gòu)面的傾向“127”并回車后，命令欄會繼續(xù)提示“輸入結(jié)構(gòu)面傾角”，用戶在命令欄輸入第一條結(jié)構(gòu)面的傾角“68”并回車后，程序會自動繪制出該結(jié)構(gòu)面的圓弧線，且在圖的右側(cè)會用文字注釋該結(jié)構(gòu)面的序號及產(chǎn)狀，同時命令欄會繼續(xù)提示“輸入結(jié)構(gòu)面傾向”……，見圖4。

圖4 程序運行示意圖(2)

用戶根據(jù)命令欄的提示，依次循環(huán)輸入第二條至第五條的結(jié)構(gòu)面傾向、傾角，待第五條結(jié)構(gòu)面的傾角“23”輸入并回車后，命令欄仍會繼續(xù)提示“輸入結(jié)構(gòu)面傾向”，而此時全部結(jié)構(gòu)面的傾向及傾角參數(shù)都已經(jīng)輸入完成，不再需要輸入，則直接按回車鍵，本程序執(zhí)行結(jié)束并退出，最終完成后的結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖，見圖5。

圖5 完成的結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖

5 邊坡穩(wěn)定性分析實例[5]

以上述的結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖為例，通過各結(jié)構(gòu)面圓弧的位置關(guān)系（圖6），可以對邊坡的穩(wěn)定性做出分析如下：

圖6 邊坡結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性分析圖

（1）2號巖層面圓弧與1號邊坡面圓弧方向一致，說明邊坡為順向坡，同時2號巖層面圓弧在1號邊坡面圓弧的外側(cè)（圖6中豎向陰影部分），說明層面傾角小于邊坡的坡角，即本邊坡類型為順向坡，且處于外傾臨空狀態(tài)，容易沿巖層面發(fā)生整體性下滑，邊坡不穩(wěn)定。

（2）3號及4號兩組裂隙面圓弧與1號邊坡面圓弧大角度相交，說明本兩組裂隙面與邊坡面為切向關(guān)系，邊坡不會沿該兩組裂隙面發(fā)生滑動。

（3）5號裂隙面圓弧與1號邊坡面圓弧方向相反，說明本組裂隙面與邊坡面為反向關(guān)系，邊坡不會沿該組裂隙面發(fā)生滑動。

（4）1號、2號、3號、4號圓弧線組面的梯形區(qū)域（圖6中格子陰影部分）處于1號邊坡圓弧形的外側(cè)，說明由這4組結(jié)構(gòu)面組成的契形巖體，傾向與邊坡方向一致，該部分巖體會發(fā)生掉塊，影響邊坡穩(wěn)定。

綜上，本邊坡類型為順向坡，會發(fā)生兩種形式的破壞，一種是會沿層面發(fā)生整體滑動，另一種是會發(fā)生小規(guī)模的掉塊現(xiàn)象，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)束語

采用AutoLISP語言對AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)編制的應(yīng)用程序，具有簡單、易用的特點，在AutoCAD中運行穩(wěn)定、可靠，且與外部文件可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時配合DCL對話框可實現(xiàn)許多CAD復(fù)雜功能，而各行業(yè)都有其特有的制圖方法及所需的繪圖功能，這些功能不可能由AutoCAD直接提供，了解掌握Auto-CAD的二次開發(fā)技術(shù)，將會給自己的工作提供極大地幫助。

[1]藍(lán)屹生.Auto LISP學(xué)習(xí)引導(dǎo)[M].北京：中國鐵道出版社，2003：40-42,184-186.

[2][美]斯特爾曼，[美]克里希南.精通中文AutoCAD 2000[M]王淇，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2000：798-814.

[3]Ralph Grabowski.AutoCAD2000命令參考手冊[M].倪偉英，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2000：64-65.

[4]Sham Tickoo.AutoCAD2000高級用戶指南[M].潘宏，譯，北京：機械工業(yè)出版社，2000：915-918.

[5]孫玉科，古迅.赤平極射投影圖在巖體工程地質(zhì)力學(xué)中的應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1980：10-12，62-70.