[發明專利]一種模擬帶有不整合面巖體的方法

有效

• 申請號: 201410096631.8
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN103823946A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 陳善樂;汪華君;崔鐵軍;趙明洲;王坤;王洪波
• 申請（專利權）人: 陳善樂
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 貴陽中工知識產權代理事務所 52106
• 代理人: 王蕊

技術領域

本發明涉及巖土工程，特別是涉及對地下巖土體進行精確建模。

背景技術

在進行地下工程可行性分析及安全性分析等問題時，多數情況下工程所在區域地質條件并不是相同的，可能包含各種地質構造現象。現今人類生活的地區主要集中在第四紀地質活動不劇烈的地區，這些地區地表一般是由沉積-剝蝕-再沉積的方式形成的，加之斷層錯動，使巖土層內形成了一些不同形式的接觸面。接觸面的上下兩套巖層的巖層性質不同，接觸面又使兩套巖層的連接性消弱，所以接觸面的存在對巖土體的模擬有著直接的影響。

目前，針對巖土體中接觸面，特別是使用PFC3D模擬巖土體時的接觸面如何構造的研究較少。毛先成等研究了基于TIN的地質界面三維形態分析方法與應用；張燕等研究了開采擾動下不整合面附近巖土體變形特征；于福生等對龍門山前緣關口斷裂典型構造剖面的物理模擬實驗及其變形主控因素進行了研究；廖杰等對珠江口盆地白云凹陷裂后異常沉降進行了數值模擬。這些模擬中巖土體中的接觸面構建的并不精細，對后期模擬施工等具體問題會有難以預料的影響，所以如何構造符合實際的接觸面是值得研究的問題。

從接觸形式上看，巖層的接觸大體上可分為整合與不整合兩大類。Vail和Hardenbol等從層序地層學的角度提出，不整合是一個重要的時間間斷的面，具剝蝕、消截和地表暴露性質。不整合是沉積間斷-剝蝕-再沉積的集合體，沉積作用控制了不整合上覆底層的形態，構造作用控制了不整合下伏底層的特征。任何不整合都受到沉積和構造作用的雙重控制，都是復合成因的。

不整合一般分為角度不整合和假整合（又稱平行不整合）等類型。前者是兩套地層呈一定角度接觸，中間為一侵蝕面（即不整合面），說明在前一套地層沉積后，有一次大的構造運動和海陸變化，然后地殼再次下沉又沉積了后一套地層。后者是兩套地層大體呈平行接觸，中間為一侵蝕面（即不整合面），說明在前一套地層沉積過程中有一次較大的地殼上升或海退運動以后地殼再次拗陷，沉積了后一套地層。識別和鑒定不整合的證據：①地層自然記錄缺失的間隔證據，包括古生物自然記錄的間斷和地層自然記錄的間斷。②侵蝕的證據，包括構造不一致和地形不規則。③古陸表面的證據，包括風化面、古土壤、底礫巖等。不整合研究具有廣泛意義，它是造山幕建立或構造旋回劃分、巖石地層單位劃分的重要依據。

發明內容

本發明的目的在于提供一種模擬帶有不整合面巖體的方法，該方法使用PFC3D模擬平臺，借助其顆粒流的特性，模擬巖土體內巖層及其接觸面。以達到模擬整合、平行不整合、角度不整合接觸情況的目的。并且本方法構建模型經驗證是符合實際巖土體特征的。

????本發明的方法使用PFC3D模擬平臺，基于下落法的PFC3D模型構建如下：

考慮到巖土體形成過程是由于風化、沉積等作用使顆粒在豎直方向從下到上逐層堆積形成的，并經過自然壓實的過程。按照該思想構建了”下落法”來構造初始應力場。PFM是通過使顆粒在豎直方向從下到上逐層堆積并壓實的過程構造模型的，具體流程如下：

1）生成模型外圍邊界墻，設置墻的剛度；

2）設置當前巖土體的外圍邊界墻，設置墻的剛度；

3）在當前巖土體豎直方向投影區域內生成顆粒；

4）設置重力加速度、顆粒密度、剛度和摩擦系數等參數，并計算至所需要的堆積高度；

5）設置顆粒之間的相互作用，如n_bond、s_bond等；

6）刪除不需要的顆粒，并計算至平衡；

7）判斷是否完成最頂層構造，如未完成，返回至第2）步，進行上一巖土層的構造建模，如已完成，直接進行下一步；

8）調整相關參數，并計算至平衡。

????針對上述接觸面線型特點，本發明模擬帶有不整合面巖體的方法，使用基于顆粒流理論的PFC3D作為模擬平臺，分別模擬了地下巖體中不同巖層的接觸情況，包括：整合、平行不整合、角度不整合的接觸情況，用于構建夾雜不同形式接觸面的巖體。

本發明方法的步驟如下：

1）定義巖體坐標系：定義三維坐標系，以便進行線型的擬合；