[發明專利]一種基于離散單元法的覆蓋型巖溶塌陷災變演化模擬方法

有效

• 申請號: 201811221750.6
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109359391B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 曾斌;陳小茜
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

1.一種基于離散單元法的覆蓋型巖溶塌陷災變演化模擬方法，其特征在于，所述基于離散單元法的覆蓋型巖溶塌陷災變演化模擬方法包括：

在覆蓋型巖溶區典型塌陷的地質結構概化模型基礎上，利用顆粒流理論數值模擬方法對土洞的形成過程、覆蓋型巖溶的塌陷過程進行模擬，獲取初始土洞形成的臨界地下水流速度和覆蓋型巖溶塌陷的土洞臨界平衡高度；

所述基于離散單元法的覆蓋型巖溶塌陷災變演化模擬方法具體包括：

第一步，運用PFC模擬滲流模型，結合土體顆粒位移曲線、裂紋增長曲線、不平衡力變化曲線判斷是否發生滲流破壞；

第二步，利用PFC數值軟件模擬土洞初始發育階段，得到土洞形成的臨界地下水流速度，并與理論值作對比；

第三步，運用PFC軟件對覆蓋型巖溶塌陷發展過程進行模擬：

對覆蓋型巖溶塌陷過程中的應力變化情況進行模擬；

對覆蓋型巖溶塌陷進行數值模擬，將塌陷過程分為四個階段：第一階段，土洞向上擴展，形成第一級土洞；第二階段，土洞向兩側擴展，形成第二級土洞；第三階段，土洞繼續發展，覆蓋層中多次發生小型坍塌，第三級土洞形成；第四階段，土洞規模不在擴大，裂紋數目急速上升且形成垂連通面，地表發生塌陷；

覆蓋型巖溶塌陷過程中的微觀現象模擬；

利用PFC模擬軟件計算土洞最大臨界高度，與理論值對比。

2.如權利要求1所述的基于離散單元法的覆蓋型巖溶塌陷災變演化模擬方法，其特征在于，第一步的模擬過程包括：應力平衡→應力集中→裂紋形成→裂紋形成連通面→顆粒剝落→應力平衡。

3.如權利要求1所述的基于離散單元法的覆蓋型巖溶塌陷災變演化模擬方法，其特征在于，覆蓋型巖溶塌陷過程中的微觀現象模擬中，包括裂紋擴張、土體顆粒位移、土洞發育、地表塌陷過程的模擬。

4.如權利要求1所述的基于離散單元法的覆蓋型巖溶塌陷災變演化模擬方法，其特征在于，離散元的微觀耦合力學方程：

PFC中流固耦合計算的流動方程、壓力方程和求解條件如下：

流動方程流體管道相當于一個平行通道，長度為L’、孔徑為a，在垂直平面方向上為單位厚度，管道內的流速為：

K‘—傳導系數(cm·s^-1)；L’—管道的長度(mm)；P₂-P₁—相鄰域的壓力差；壓力方程周圍管道流入每個域的流量和為∑q，在單位時間步長Δt下，流體壓力增量Δp(流入為正)為：

式中：K_f——流體的體積模數(kPa)；V_d——域的表觀體積(mm³)；

應用顯示求解方法，將流量方程應用于所有的管道，并將壓力方程應用于所有的域之間交替求解；假設某個域內存在擾動壓力ΔP_p，由于擾動流域里的流量計算得：

由水流流入引起的響應壓力變化

式中：N——域所黏結的管道數；R——域周圍顆粒的平均半徑(mm)；

當兩者相等時求出臨界時間步長為：

5.一種實現權利要求1～4任意一項所述基于離散單元法的覆蓋型巖溶塌陷災變演化模擬方法的信息數據處理終端。

6.一種計算機可讀存儲介質，包括指令，當其在計算機上運行時，使得計算機執行如權利要求1-4任意一項所述的基于離散單元法的覆蓋型巖溶塌陷災變演化模擬方法。

7.一種實現權利要求1～4任意一項所述基于離散單元法的覆蓋型巖溶塌陷災變演化模擬方法的基于離散單元法的覆蓋型巖溶塌陷災變演化模擬控制系統。

8.一種搭載權利要求7所述基于離散單元法的覆蓋型巖溶塌陷災變演化模擬控制系統的計算機。