[發(fā)明專利]模擬層狀巖體力學(xué)行為的雙尺度方法、裝置、存儲(chǔ)介質(zhì)及設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110240440.4
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112949065B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧波;鄔愛清;徐棟棟;汪斌;胡偉;向前;劉小紅;曾平;王復(fù)興
• 申請（專利權(quán)）人: 長江水利委員會(huì)長江科學(xué)院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京市一法律師事務(wù)所 11654
• 代理人: 杜亞靜

1.一種模擬層狀巖體力學(xué)行為的雙尺度方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取模擬巖石工程結(jié)構(gòu)的幾何模型；

將所述模擬巖石工程結(jié)構(gòu)的幾何模型中，層面之間間距為米級尺度的層面顯式地納入計(jì)算模型，得到非連續(xù)變形分析方法中的塊體系統(tǒng)，其中，所述顯式 地納入計(jì)算機(jī)模型的層面之間間距為米級尺度的層面構(gòu)成所述非連續(xù)變形分析方法中的塊體間的接觸邊界；

針對所述非連續(xù)變形分析方法中的每一個(gè)體，采用COSSERAT層狀模型以宏觀等效的方式進(jìn)行隱式模擬其內(nèi)部包含的厘米級尺度的層面；

在非連續(xù)變形分析框架下進(jìn)行求解分析，獲得模擬層狀巖體力學(xué)行為參數(shù)，其中，所述模擬層狀巖體力學(xué)行為參數(shù)包括位移、應(yīng)變和應(yīng)力；

所述針對所述非連續(xù)變形分析方法中的每一個(gè)體，采用COSSERAT層狀模型以宏觀等效的方式進(jìn)行隱式模擬其內(nèi)部包含的厘米級尺度的層面具體包括以下步驟：

令x′軸與層面方向一致，y′軸垂直于層面向上，設(shè)平動(dòng)位移分別為u、v，ω^c為轉(zhuǎn)動(dòng)位移，則在整體坐標(biāo)系下的應(yīng)變及曲率κ_x為

由此可知ε_xy≠ε_yx；

考慮微元體力與力偶平衡，有平衡方程如下

上式中f_x,f_y,m,m_x分別為體積力與體積力偶，其中，此處認(rèn)為沿層面方向材料是均勻的，所以m_y消失，平衡式中只有m_x存在；

邊界條件可表示為：

σ_xn_x+σ_yxn_y＝P_x (3a)

σ_xyn_x+σ_yn_y＝P_y (3b)

m_xn_x+m_yn_y＝M (3c)

上式中P_x、P_y、M分別為已知邊界上面力及面力偶，n_x、n_y為邊界外法線單位向量分量，本構(gòu)方程表示為

σ_x＝A₁₁ε′_x+A₁₂ε′_y (4a)

σ_y＝A₂₁ε′_x+A₂₂ε′_y (4b)

σ_yx＝C₁₁ε′_yx+C₁₂ε′_xy (4c)

σ_xy＝C₂₁ε′_yx+C₂₂ε′_xy (4d)

m_x＝Bκ_x′ (4e)

上式中ε′_x、ε′_y、ε′_yx、ε′_xy、κ_x′分別為局部坐標(biāo)系下的應(yīng)變及曲率；

整體坐標(biāo)系下的彈性矩陣D，可由局部坐標(biāo)系下彈性矩陣D^*求得

D＝C^TD^*C (5)

上式中

而C為轉(zhuǎn)換矩陣；

對于層狀材料，式(6)中的彈性常數(shù)分別為

對于層狀材料剪應(yīng)力與剪應(yīng)變之間、偶應(yīng)力與曲率之間的關(guān)系為

C₂₂＝C₁₁+G (8c)

上式中，G為巖層剪切模量，k_n為層面的法向剛度，k_s為層面的剪切剛度，b為層面間距，B為抗彎剛度，E為彈性模量。