[發(fā)明專(zhuān)利]巖體地下結(jié)構(gòu)三維模型構(gòu)建與地震響應(yīng)分析方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010183862.8
• 申請(qǐng)日: 2020-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111400949A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳蘇;云龍;王駒;李小軍;傅磊;陳亮;周志超;劉健;張競(jìng)嘉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)地震局地球物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/23
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/23;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京愛(ài)普納杰專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 王玉松;劉青

1.一種巖體地下結(jié)構(gòu)三維模型構(gòu)建與地震響應(yīng)分析方法及系統(tǒng)，至少包括下述步驟：

(1)在目標(biāo)區(qū)域引入人工邊界，截去巖體的無(wú)限域部分，取出地下結(jié)構(gòu)及其附近巖體形成有限計(jì)算域；其中，所述有限計(jì)算域包括內(nèi)域和接觸界面；

(2)根據(jù)有限計(jì)算域區(qū)域內(nèi)適用于工程巖體的動(dòng)力參數(shù)，采用三軸應(yīng)力狀態(tài)下的工程巖體彈塑性本構(gòu)模型及幾何參數(shù)建立工程巖體有限元模型；

(3)在工程巖體有限元模型中，確定地下結(jié)構(gòu)在工程巖體有限元模型中的位置，并根據(jù)所述地下結(jié)構(gòu)在工程巖體有限元模型中的空間位置與力學(xué)關(guān)系實(shí)現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)與工程巖體的連接，得到巖體地下結(jié)構(gòu)有限元模型。

2.如權(quán)利要求1所述的巖體地下結(jié)構(gòu)的三維模型建立方法，其特征在于，所述步驟(1)中在目標(biāo)區(qū)域引入人工邊界的處理具體為：

在截取的有限計(jì)算域內(nèi)建立三維計(jì)算模型，在該三維計(jì)算模型的兩側(cè)和底邊均設(shè)置黏彈性人工邊界，將地震動(dòng)輸入等效為人工邊界節(jié)點(diǎn)力作用。

3.如權(quán)利要求1所述的巖體地下結(jié)構(gòu)的三維模型建立方法，其特征在于，所述方法還包括

對(duì)所述工程巖體有限元模型和地下結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行單元類(lèi)型選擇、網(wǎng)格劃分；具體包括：

1)單元類(lèi)型選擇：?jiǎn)卧x擇為二階四面體單元全積分進(jìn)行模擬；

2)網(wǎng)格劃分：對(duì)工程巖體有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分；并對(duì)近地下結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行局部網(wǎng)格加密；

依據(jù)截面剖分的形式，對(duì)所述工程巖體有限元模型和地下結(jié)構(gòu)模型中的各結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行網(wǎng)格點(diǎn)的布置，在網(wǎng)格點(diǎn)布置時(shí)考慮每個(gè)剖分出的截面上網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)量的均勻性，對(duì)各結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

4.如權(quán)利要求1所述的巖體地下結(jié)構(gòu)的三維模型建立方法，其特征在于，所述有限計(jì)算域區(qū)域內(nèi)適用于工程巖體的動(dòng)力參數(shù)包括反應(yīng)譜擬合的地震動(dòng)時(shí)程合成。

5.如權(quán)利要求4所述的巖體地下結(jié)構(gòu)的三維模型建立方法，其特征在于，所述方法還包括：

(4)根據(jù)隨機(jī)有限斷層方法對(duì)工程巖體區(qū)域的舊井?dāng)嗔褕?chǎng)景地震進(jìn)行模擬，人工合成具有不同頻譜特性的地震波；

選取一條天然波，對(duì)巖體—地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行場(chǎng)地地震效應(yīng)分析。

6.如權(quán)利要求5所述的巖體地下結(jié)構(gòu)的三維模型建立方法，其特征在于，所述對(duì)工程巖體區(qū)域的舊井?dāng)嗔褕?chǎng)景地震進(jìn)行數(shù)值模擬包括模擬不同工況條件，并以劃分單元為單位計(jì)算不同工況下地質(zhì)模型的地震反應(yīng)特性；同時(shí)基于數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果，對(duì)不同工況下地質(zhì)模型的地震反應(yīng)特性進(jìn)行數(shù)值分析。

7.如權(quán)利要求1所述的巖體地下結(jié)構(gòu)的三維模型建立方法，其特征在于，所述方法還包括：

將工程巖體有限元模型和地下結(jié)構(gòu)建立的操作過(guò)程形成目標(biāo)文件，并使所述目標(biāo)文件能夠在ABAQUS有限元分析軟件中自動(dòng)建模；

使用ABAQUS GUI工具包創(chuàng)建控鍵框，將所述目標(biāo)文件嵌套入ABAQUS，創(chuàng)建參數(shù)化過(guò)程中所需要的按鈕控件和文本控件，通過(guò)所述按鈕控件和文本控件收集參數(shù)并發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)可視化的建模操作，使得只需要輸入?yún)?shù)化變量即可自動(dòng)快速生成巖體地下結(jié)構(gòu)模型。

8.一種巖體地下結(jié)構(gòu)的三維建模分析系統(tǒng)，其特征在于，包括：

人工邊界模塊，用于在目標(biāo)區(qū)域引入人工邊界，使得巖體無(wú)限域有限化，取出地下實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)及其附近巖體形成有限計(jì)算域；

第一模型構(gòu)建模塊，根據(jù)幾何尺寸，形成工程巖體幾何模型，根據(jù)有限計(jì)算域區(qū)域內(nèi)適用于工程巖體的動(dòng)力參數(shù)，建立三軸應(yīng)力狀態(tài)下的工程巖體彈塑性本構(gòu)模型；最終得到工程巖體力學(xué)計(jì)算有限元模型；

成套模型構(gòu)建模塊，用于在工程巖體模型中，確定地下結(jié)構(gòu)在工程巖體模型中的位置，并根據(jù)所述地下結(jié)構(gòu)在工程巖體模型中的位置及力學(xué)關(guān)系實(shí)現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)與工程巖體的連接，得到巖體地下結(jié)構(gòu)模型。

9.如權(quán)利要求8所述的巖體地下結(jié)構(gòu)的三維建模分析系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括

網(wǎng)格劃分模塊，用于對(duì)所述巖體模型和地下結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行單元類(lèi)型選擇、網(wǎng)格劃分；

基巖地震動(dòng)輸入模塊，用于根據(jù)隨機(jī)有限隨機(jī)斷層方法對(duì)工程巖體區(qū)域的舊井?dāng)嗔褕?chǎng)景地震進(jìn)行數(shù)值模擬，人工合成具有不同頻譜特性的地震波；同時(shí)用于對(duì)巖體地下結(jié)構(gòu)輸入一條天然波；

地震效應(yīng)分析模塊，用于基于選取的天然波的數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果，對(duì)不同工況下地質(zhì)模型的地震反應(yīng)特性進(jìn)行數(shù)值分析。