[發明專利]基于近場動力學本構模型的節理巖體力學仿真方法及系統

在審

• 申請號: 202010864643.6
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112131709A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 周宗青;高成路;李利平;石少帥;李卓徽;張道生;屠文鋒;耿陽;王美霞
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/04;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.基于近場動力學本構模型的節理巖體力學仿真方法,其特征在于，包括：

根據獲取的地質信息構建巖體結構模型；

將物質點鍵劃分為巖石鍵、節理鍵和裂隙鍵三種類型，并基于強度折減理論構建三種類型的統一表達格式；

在近場動力學運動方程中引入短程排斥力，建立近場動力學節理巖體本構模型；

為計算區域設定邊界條件和位移約束；

采用自適應動態松弛算法，對所述近場動力學節理巖體本構模型迭代求解，獲得物質點速度和位移，實現節理巖體變形破壞過程的進場動力學仿真。

2.如權利要求1所述的基于近場動力學本構模型的節理巖體力學仿真方法，其特征在于，需要對所述巖體結構模型進行處理，將巖體結構模型的待計算區域隨機離散成預設數量的帶有體積信息的物質點，設定預設的近場作用范圍，形成所有物質點的鄰域矩陣，根據節理分布參數及物質點空間坐標關系，利用向量叉乘判斷物質點鍵是否穿越節理或者裂隙，對于穿越節理或者裂隙的鍵賦予強度折減系數，對于不穿越節理或者裂隙的鍵則不作處理。

3.如權利要求1所述的基于近場動力學本構模型的節理巖體力學仿真方法，其特征在于，所述計算區域的隨機離散具體包括，在所述巖體結構模型的待計算區域中采用均勻隨機函數生成預設數量的且保持預設距離的結點，通過Delaunay三角函數構建三角形網格將計算區域隨機劃分為一定數量的網格單元；通過形心計算，將每一個網格所代表的空間體積集中到其形心處，從而將計算區域隨機離散成有限數量的帶有一定物性信息的空間物質點，并生成物質點的空間坐標矩陣。

4.如權利要求1所述的基于近場動力學本構模型的節理巖體力學仿真方法，其特征在于，所述迭代求解過程中，判斷所有物質點的鍵是否滿足破壞條件，并記錄局部損傷情況，直至計算結束。

5.如權利要求1所述的基于近場動力學本構模型的節理巖體力學仿真方法，其特征在于，所述巖石鍵是指鍵完全位于完整巖石內部，節理鍵是指穿越節理的鍵，裂隙鍵是指穿越裂隙的鍵；所述節理是指具有一定粘接強度的，未完全斷裂的軟弱結構面；所述裂隙是指不再具有粘接強度，完全斷裂的不連續結構面。

6.如權利要求1所述的基于近場動力學本構模型的節理巖體力學仿真方法，其特征在于，所述短程排斥力包括當物質點相互靠近時產生的反向作用力，所述反向作用力限制了材料壓縮變形過程中物質點重疊引起的計算誤差，和由于鍵全部斷裂而產生的自由物質點穿透其他物質點時發生的與實際不符的力學行為，其中所述短程排斥力表示為：

其中，d_s＝min{0.9||x-x′||，1.35(r_s+r′_s)}，r_s為物質點所占據空間的半徑，η為物質點的相對位移，ξ為物質點的相對位置。

7.如權利要求1所述的基于近場動力學本構模型的節理巖體力學仿真方法，其特征在于，所述近場動力學節理巖體本構模型表示如下：

其中，H_x為物質點x的領域范圍，u為物質點x的位移，x′為物質點x領域范圍內任意其他物質點位置，ρ為材料密度，b為物質點所受的體力密度。

8.基于近場動力學本構模型的節理巖體力學仿真系統，其特征在于，包括：

結構模型構建模塊，其用于根據獲取的地質信息構建巖體結構模型；

本構模型構建模塊，其用于將物質點鍵劃分為巖石鍵、節理鍵和裂隙鍵三種類型，并基于強度折減理論構建三種類型的統一表達格式；在近場動力學運動方程中引入短程排斥力，建立近場動力學節理巖體本構模型；

仿真求解模塊，其用于為計算區域設定邊界條件和位移約束；采用自適應動態松弛算法，對所述近場動力學節理巖體本構模型迭代求解，獲得物質點速度和位移，實現節理巖體變形破壞過程的進場動力學仿真。