[發明專利]巖體地下結構三維模型構建與地震響應分析方法及系統

在審

• 申請號: 202010183862.8
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111400949A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 陳蘇;云龍;王駒;李小軍;傅磊;陳亮;周志超;劉健;張競嘉
• 申請（專利權）人: 中國地震局地球物理研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 王玉松;劉青

本發明涉及一種巖體地下結構三維模型構建與地震響應分析方法及系統，其中方法至少包括：(1)在目標區域引入人工邊界，截去巖體的無限域部分，取出地下結構及其附近巖體形成有限計算域；其中，所述有限計算域包括內域和接觸界面；(2)根據有限計算域區域內適用于工程巖體的動力參數，采用三軸應力狀態下的工程巖體彈塑性本構模型及幾何參數建立工程巖體有限元力學模型；(3)在工程巖體有限元模型中，確定地下結構在工程巖體有限元模型中的位置及力學關系實現工程巖體地下結構建模。該方法建模簡單，實現巖體地下實驗室結構成套建模。

技術領域

本發明屬于巖體地下結構的計算機輔助設計領域，涉及巖石地下工程近場地震動傳播與輸入機制、工程巖體動本構關系、大型巖體-地下結構成套建模方法及巖體-地下結構動力相互作用機理，具體涉及一種巖體地下結構三維模型構建與地震響應分析方法及系統。

背景技術

安全處置、管理高放廢物已成為當前放射性廢物管理的難點問題，且引起國際社會的廣泛關注。世界各有核國家都將高放廢物的安全處置看作是保證核工業可持續發展及人類健康、環境保護的重大戰略任務。因此，不同工況組合下，高放廢物地質處置地下實驗室的地震反應特性分析成為亟待解決的問題。在高放廢物地質處置地下實驗室結構近場地震數值模擬及安全裕度分析涉及多介質耦合條件下的理論方法、數值方法及數據融合方法研究，研究難題在于巖體動本構關系和大型巖體地下結構的建模方法；巖體穩定性影響因素比較復雜，與傳統結構穩定可靠性分析存在較大的差別。而現有巖體結構并沒有結合地下結構進行成套、系統的分析，無法滿足對高放廢物地質處置地下實驗室結構的地震反應特性分析的要求。

發明內容

本發明的目的在于提出一種巖體地下結構三維模型構建與地震響應分析方法及系統，該方法建模簡單，實現大型巖體地下實驗室結構成套建模與地震相關的研究。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是一種巖體地下結構的三維模型建立方法并可實現地震反應特性分析，至少包括：

(1)在目標區域引入人工邊界，截去巖體的無限域部分，取出地下結構及其附近巖體形成有限計算域；其中，所述有限計算域包括內域和非線性接觸界面；

(2)根據有限計算域區域內適用于工程巖體的動力參數，采用三軸應力狀態下工程巖體彈塑性本構模型及幾何參數建立工程巖體有限元模型；

(3)在工程巖體有限元模型中，確定地下結構在工程巖體有限元模型中的位置，并根據所述地下結構在工程巖體有限元模型中的位置及力學關系實現地下結構與工程巖體的連接，得到巖體地下結構模型。

優選地，所述步驟(1)中在目標區域引入人工邊界的處理具體為：

在截取的有限計算域內建立三維計算模型，在該三維計算模型的兩側和底邊均設置黏彈性人工邊界，將地震動輸入等效為人工邊界節點力作用。

優選地，所述方法還包括

對所述工程巖體有限元模型和地下結構模型進行單元類型選擇、網格劃分；具體包括：

1)單元類型選擇：單元選擇為二階四面體單元全積分進行模擬；

2)網格劃分：對工程巖體有限元模型進行網格剖分，；并對近地下結構部件進行局部網格加密；

依據截面剖分的形式，對所述工程巖體有限元模型和地下結構模型中的各結構部件進行網格點的布置，在網格點布置時考慮每個剖分出的截面上網格點數量的均勻性，對各結構部件進行網格劃分。

優選地，所述有限計算域區域內適用于工程巖體的動力參數包括反應譜擬合的地震動時程合成。

優選地，所述方法還包括：

(4)根據隨機有限斷層方法對工程巖體區域的舊井斷裂場景地震進行模擬，人工合成具有不同頻譜特性的地震波；