[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

本發明屬于巖體工程技術領域，公開了一種基于連續介質的工程巖體破裂劣化數值模擬方法，包括：收集整理工程相關巖體的數據，并根據情況的不同做相應分類；利用有限元數值模擬軟件建立模型；設置所應用工程的數值參數，包括利用多方面的閾值條件實現對工程中范圍條件的限定；利用有限元數值模擬軟件模擬工程實施過程，并在模擬過程中進行工程巖體破裂劣化迭代的計算，建立相應的數值模擬程序。本發明通過使用數值模擬方法進行裂隙巖體環境下的數值模擬計算，考慮了圍巖中應力重新分布過程中裂隙受開挖擾動的動態，使模擬過程更加合理嚴謹，進而獲得更為真實的數值模擬結果，為工程模擬提供科學參考。

技術領域

本發明屬于巖體工程技術領域，尤其涉及一種基于連續介質的工程巖體破裂劣化數值模擬方法。

背景技術

目前，在巖土工程的隧道、礦業、水電、核電等領域，尤其是地下工程中，人為開挖擾動打破了圍巖的原始應力狀態，引起圍巖中應力的重新分布。這一過程使得巖石中原生的宏觀和微觀裂隙發育、擴展甚至彼此貫通，使圍巖的力學性質劣化并發生不同程度的變形和破壞，從而影響圍巖的穩定性。圍巖的穩定性控制是巖土工程領域的重要研究課題，對保證安全、高效的施工和生產有著重要意義，但是對于巖體開挖的破裂模擬通常會忽略一些重要信息，且計算的結果也沒有進行相應大數據程序的深度分析，很容易導致在工程真正實施后出現不可預測且危害甚廣的問題。

通過上述分析，現有技術在巖體開挖的破裂模擬中存在的問題及缺陷主要為：

(1)現有的巖體破裂數值模擬方法不具有普遍的實用性，通常每一個工程都需要重新進行工程的方法建立，非常耗時。

(2)現有的巖體破裂模擬方法通常會忽略一些重要的信息，且沒有大數據程序對結果進行深度分析。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明擬解決的技術問題是，提供一種基于連續介質的工程巖體破裂劣化數值模擬方法。該方法通過設置可調節的模型網格極大地增加了適用性，通過使用數值模擬方法進行裂隙巖體環境下的數值模擬計算，考慮了圍巖中應力重新分布過程中裂隙受開挖擾動的動態，使模擬過程更加合理嚴謹，進而進而獲得更為真實的數值模擬結果。

本發明是這樣實現的，一種基于連續介質的工程巖體破裂劣化數值模擬方法，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，將分析結果中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；