[發明專利]模擬層狀巖體力學行為的雙尺度方法、裝置、存儲介質及設備

有效

• 申請號: 202110240440.4
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112949065B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 盧波;鄔愛清;徐棟棟;汪斌;胡偉;向前;劉小紅;曾平;王復興
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 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所 11654
• 代理人: 杜亞靜

本發明提供一種模擬層狀巖體力學行為的雙尺度方法、裝置、存儲介質及設備，屬于巖土力學技術領域。該方法包括：獲取模擬巖石工程結構的幾何模型；將模擬巖石工程結構的幾何模型中，層面之間間距為米級尺度的層面顯式地納入計算模型，得到非連續變形分析方法中的塊體系統；針對非連續變形分析方法中的每一個體，采用COSSERAT層狀模型以宏觀等效的方式進行隱式模擬其內部包含的厘米級尺度的層面；在非連續變形分析框架下進行求解分析，獲得模擬層狀巖體力學行為參數，其中，模擬層狀巖體力學行為參數包括位移、應變和應力。該裝置、存儲介質及設備能夠用于實現該方法。其能夠實現對層狀巖體更為精確和高效的模擬。

技術領域

本發明涉及巖土力學技術領域，特別是涉及模擬層狀巖體力學行為的雙尺度方法、裝置、存儲介質及設備。

背景技術

沉積巖在地殼淺表部廣泛分布，其重要特征是發育有一組平行或近平行、延伸性好、產狀穩定且間距不等的層面，從而形成特定的層狀巖體結構。層面導致層狀巖體的變形和強度特征呈現顯著的各向異性，而且是影響工程結構變形和穩定性的控制性因素。層狀結構巖體按層面的間距也即層厚劃分為薄層(10cm)、互層(30～10cm)、中厚層(50～30cm)、厚層(100～50cm)以及巨厚層(100cm)；其中，薄層和互層巖體出露部位往往是工程重點關注的薄弱環節。數值模擬是對工程結構穩定性進行量化評價不可或缺的重要手段，盡管近年來隨著計算機軟硬件水平的飛速提升，數值方法隨之得到了快速發展并取得了長足的進步；然而，對于層狀巖體中廣泛發育的、間距為厘米級的層面進行有效的力學模擬依然未能得到很好的解決，層狀巖體的力學行為至今仍是研究的熱點問題。

然而，由于層面間距尺度與工程結構特征尺寸的客觀差異，且受限于計算規模和求解效率，無論是基于連續介質力學分析方法，亦或是離散介質力學分析方法，都難以做到真實地模擬層狀巖體中實際存在的每一條層面。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種模擬層狀巖體力學行為的雙尺度方法、裝置、存儲介質及設備，其以非連續變形分析方法和COSSERAT理論為依據，建立連續-非連續耦合的雙尺度模型，能夠實現對層狀巖體更為精確和高效的模擬，從而更加適于實用。

為了達到上述第一個目的，本發明提供的模擬層狀巖體力學行為的雙尺度方法的技術方案如下：

本發明提供的模擬層狀巖體力學行為的雙尺度方法包括以下步驟：

獲取模擬巖石工程結構的幾何模型；

將所述模擬巖石工程結構的幾何模型中，層面之間間距為米級尺度的層面顯式地納入計算模型，得到非連續變形分析方法中的塊體系統，其中，所述顯示地納入計算機模型的層面之間間距為米級尺度的層面構成所述非連續變形分析方法中的塊體間的接觸邊界；

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

在非連續變形分析框架下進行求解分析，獲得模擬層狀巖體力學行為參數，其中，所述模擬層狀巖體力學行為參數包括位移、應變和應力。

本發明提供的模擬層狀巖體力學行為的雙尺度方法還可采用以下技術措施進一步實現。

作為優選，所述針對所述非連續變形分析方法中的每一個體，采用COSSERAT層狀模型以宏觀等效的方式進行隱式模擬其內部包含的厘米級尺度的層面的步驟過程中，層狀巖體需要滿足的條件包括：

層狀巖體視為由完整巖石層和分割巖層的層面周期性重復所形成的復合結構體；

巖石層為均質和各向同性；

層面平直且平行發育，并具有相同的力學特性；

層面間距相等且只有一組層面；

變形與曲率都是無限小；