[發明專利]堆石壩心墻水力劈裂的數值模擬方法

有效

• 申請號: 201210213516.5
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102799713A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 周偉;常曉林;楊艷;馬剛
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 溫珊姍

1.一種堆石壩心墻水力劈裂的數值模擬方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）根據室內平面應變試驗獲取實際心墻土料的應力應變曲線，建立顆粒離散元雙軸數值模型；

（2）根據顆粒離散元雙軸試驗確定的細觀力學參數，建立心墻骨架顆粒模型；

（3）利用連續介質模型建立流體模型，并對其控制方程進行離散；

（4）利用心墻骨架顆粒模型和流體模型模擬水力劈裂

（4.1）將顆粒與流體間的相互耦合力、顆粒之間的作用力之和作用于所有顆粒，利用離散元法計算并得到心墻骨架顆粒模型內部顆粒的速度、應力分布及滲透特性；初始計算時，顆粒與流體間的相互耦合力為零；

（4.2）提取步驟（4.1）計算得到的滲透特性，利用全局弱形式的無單元EFG法計算并得到滲流流體的速度、壓力及顆粒與流體間的相互耦合力；

（4.3）判斷模型內部是否達到平衡狀態，如否，回到步驟（4.1）；如是，根據顆粒模型內部是否產生貫穿性裂縫，輸出模型內部在指定的心墻上游水壓力作用下是否發生水力劈裂的結論，結束模擬過程。

2.如權利要求1所述的堆石壩心墻水力劈裂的數值模擬方法，其特征在于所述步驟（4.2）的利用全局弱形式的無單元EFG法對流體進行計算，還包括如下子步驟：

（4.2.1）選取每一固體顆粒的中心點作為場節點，并利用這組場節點對流體域進行離散；

（4.2.2）通過離散的節點在流體域內形成用于數值積分的背景網格，將整體計算域劃分為若干個積分子域；

（4.2.3）采用無單元EFG法對離散后的控制方程進行數值積分

∫ΩjΦ[u^it+Δt-u^itΔt-Qi]dΩj=0]]>

式中：為u_i的移動最小二乘近似，Φ是MLS形函數，Ω_j為第j個積分子域；

（4.2.4）通過循環方式，在每一個背景網格內進行數值積分，從而獲得整體系統方程組的系數矩陣；

（4.2.5）根據實際的上游水位，給心墻骨架顆粒模型施加已知的壓力邊界條件；

（4.2.6）求解系統方程組，獲得場節點的流速和壓力。

3.如權利要求1或2所述的堆石壩心墻水力劈裂的數值模擬方法，其特征在于：所述步驟（4.2）為經步驟（4.1）循環計算m次后，提取第m次計算得到的滲透特性，利用全局弱形式的無單元EFG法計算并得到滲流流體的速度、壓力及顆粒與流體間的相互耦合力；所述m根據計算精度及模擬對象的需要確定。