[發明專利]一種基于連續介質的工程巖體破裂劣化數值模擬方法

在審

• 申請號: 202110885245.7
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113779665A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 張一鳴;王雪雅;李赟鵬;武杰;李婧;楊雪晴
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G06F16/215;G06F16/25;G06F16/2458;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 張國棟

1.一種基于連續介質的工程巖體破裂劣化數值模擬方法，其特征在于，所述基于連續介質的工程巖體破裂劣化數值模擬方法，包括：

步驟一，收集整理工程相關巖體的數據，并根據情況的不同做相應的分類；

步驟二，根據收集整理的數據利用有限元數值模擬軟件FLAC3D建立模型；

步驟三，設置所應用工程的數值參數，包括使用多方面的閾值條件實現對工程中范圍條件的限定，如施加重力、應力限定邊界閾值；

步驟四，利用有限元數值模擬軟件FLAC3D模擬工程實施過程，并在模擬過程中進行工程巖體破裂劣化迭代的計算；

步驟五，建立相應的數值模擬程序，利用深度卷積神經網絡建立程序算法，并將步驟四中的運算結果輸入相應程序中以進行結果分析；

步驟六，將分析結果的計算數值賦予三維模型材料參數，如巖體強度、密度、泊松比、粘聚力、摩擦角和容重等，然后開展工程巖體的破裂劣化數值模擬；

所述工程巖體的破裂劣化數值模擬包括：

進行巖體未開裂狀態的數值模擬，得到初始應力場；

進行巖體動態開裂的數值模擬，得到巖體動態開裂過程中，巖體的動態應力場；

巖體的動態開裂過程是指巖體自第一個破裂縫隙開始至所有破裂縫隙停止擴散的連續過程，巖體每動態開裂一次，將得到一組動態巖體破裂的數值模擬結果；

所述步驟一具體包括以下內容：

使用垂直搜索引擎進行網絡上相關數據的搜索，并收集現場類似工程的數據資料；

將所收集資料進行分類整理，并使用SQL數據庫對整理結果進行存儲。

2.如權利要求1所述的基于連續介質的工程巖體破裂劣化數值模擬方法，其特征在于，所述數據搜索的具體過程為：

從網絡數據結構線形表的一端開始，進行順序掃描；將掃描到的節點關鍵字與給定的定值進行比較，當掃描到的節點關鍵字與給定的定值相等，則表示搜索成功；

當掃描到節點關鍵字與給定的定值不相等，則表示沒有搜索成功。

3.如權利要求1所述的基于連續介質的工程巖體破裂劣化數值模擬方法，其特征在于，所述步驟二具體包括以下內容：

使用FLAC3D進行背景網格的設置，且設置網格的密度應根據應用工程的數據資料量進行靈活控制；

將工程數值模型中所涉及到的巖體數據進行相應整理，方便下一步操作。

4.如權利要求1所述的基于連續介質的工程巖體破裂劣化數值模擬方法，其特征在于，所述步驟三中具體包括以下內容：

向FLAC3D中輸入巖體模型，并將FLAC3D中模型內置為應變軟化模型，然后按照應變軟化模型以及工程中巖體的數據進行參數初始化，具體包括：楊氏模量、泊松比、體積力、內聚力、內摩擦角、外摩擦角、抗拉力度、殘余楊氏模量、塑性應變量；

其次，根據GSI地址強度指標體系，建立巖體破裂程度于殘余楊氏模量的量化關系，相應公式：

式中，E_r為巖體拉伸破壞后裂隙發育作用下的殘余楊氏模量，σ_m為巖體抗壓強度，由巖石物理力學性質試驗和巖體強度估算獲得，GSI_t為巖體受拉破壞產生的裂隙發育程度。

5.如權利要求1所述的基于連續介質的工程巖體破裂劣化數值模擬方法，其特征在于，所述步驟四具體包括以下內容：

將工程所定義的實施工程的位置及相關鄰域賦值為空模型；

使用顯式有限差分計算方法進行迭代計算；

實時檢查模型的最大不平衡值是否低于默認標準值(le-5)，若低于標準值則模型達到平衡狀態，模擬結束；若未達到平衡狀態，則對所有巖體模型進行便利檢測，標記破壞的模型單元。

6.如權利要求1所述的基于連續介質的工程巖體破裂劣化數值模擬方法，其特征在于，所述步驟五中具體包括以下內容：

建立初始模型，骨架為卷積神經網絡，將模型的參數初始化；

將采集的數據輸入初始模型中進行訓練，通過數據的不斷訓練對參數進行不斷優化，直至參數變化不明顯，穩定；

選取在訓練樣本之外的工程數據并將該數據輸入模型中驗證模型準確性，若準確則訓練結束，若不準確，則重復上述過程。