[發明專利]一種基于隨機多邊形的三維覆巖垮落數值模擬方法

有效

• 申請號: 202111563969.6
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114239362B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 邰陽;匡鐵軍;紀潤清;張小榮;孟祥斌;劉俊余;楊偉航
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06Q50/02;G06T17/20;G06F111/10
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 張彩琴

1.一種基于隨機多邊體的三維覆巖垮落數值模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、假設對上覆巖層進行兩次垂直剖切，得到兩個剖切面，設兩個剖切面相互垂直且分別為I-I剖面(1)和Ⅱ-Ⅱ剖面(3)，以I-I剖面(1)和Ⅱ-Ⅱ剖面(3)的交線為對稱線分別在I-I剖面(1)上劃分出正置且下底角為α₁的第一梯形(2)、在Ⅱ-Ⅱ剖面(3)劃分出正置且下底角為α₂的第一梯形(2)，I-I剖面(1)和Ⅱ-Ⅱ剖面(3)上的第一梯形(2)高度均為H₁且底邊位于同一平面上，以I-I剖面(1)和Ⅱ-Ⅱ剖面(3)上的第一梯形(2)以及高度H₁構建第一棱臺(4)，且第一棱臺(4)位于上覆巖層的煤層(16)之上，將第一棱臺(4)所在區域劃分為上覆巖層的破斷運移區；

b、在第一棱臺(4)的上表面(5)采用增添法生成m個泰森多邊形(6)；

c、采用聚能函數對步驟b中的泰森多邊形(6)執行p次質心化調整；

d、將步驟c中調整后的泰森多邊形(6)映射到第一棱臺(4)的下表面(7)；

e、以第一棱臺(4)的上表面(5)和下表面(7)的泰森多邊形(6)以及第一棱臺(4)的四條側棱(8)為約束，自上而下映射拉伸形成泰森多邊體(9)；

f、采用破斷運移區內的巖層交界面(10)切割步驟e中形成的泰森多邊體(9)；

g、采用網格尺寸為q₁的六面體或者三棱柱(11)對步驟f處理之后的泰森多邊體(9)進行網格劃分；

h、以I-I剖面(1)上的第一梯形(2)的下底邊為上底邊在I-I剖面(1)上劃分出倒置且下底角為β₁的第二梯形(12)，以Ⅱ-Ⅱ剖面(3)上的第一梯形(2)的下底邊為上底邊在I-I剖面(1)上劃分出倒置且下底角為β₂的第二梯形(12)，I-I剖面(1)和Ⅱ-Ⅱ剖面(3)上的第二梯形(12)高度均為H₂，且H₂H₁，以I-I剖面(1)和Ⅱ-Ⅱ剖面(3)上的第二梯形(12)以及高度H₂構建第二棱臺(13)，將第二棱臺(13)除去第一棱臺(4)后的區域劃分為上覆巖層的裂隙發育區；

i、同樣按照步驟b～e在第二棱臺(13)所在區域構建泰森多邊體(9)，然后按照步驟f，采用裂隙發育區內的巖層交界面(10)切割第二棱臺(13)范圍內的泰森多邊體(9)；

j、在第二棱臺(13)范圍內去除第一棱臺(4)，得到隨機泰森多邊體(9)；

k、采用網格尺寸為q₂的三棱柱(11)對步驟j得到的隨機泰森多邊體(9)進行網格劃分；

l、將第二棱臺(13)范圍以外的上覆巖層劃分為彎曲變形區(14)，并采用網格尺寸為q₃的六面體或者三棱柱(11)對彎曲變形區(14)的上覆巖層進行網格劃分；

m、在步驟l處理之后的上覆巖層的最底層巖層(15)底部(17)施加固定約束，并在上覆巖層的側壁施加水平約束，得到模型；

n、采用ABAQUS的顯式求解器對步驟m得到的模型進行求解。

2.根據權利要求1所述的一種基于隨機多邊體的三維覆巖垮落數值模擬方法，其特征在于，步驟a中，α₁和α₂的分別與工作面走向垮落角度α₀₁、工作面傾向垮落角度α₀₂相關，關系為：α₁＝(1.1～1.2)α₀₁、α₂＝(1.1～1.2)α₀₂。

3.根據權利要求1所述的一種基于隨機多邊體的三維覆巖垮落數值模擬方法，其特征在于，步驟a中H₁與采場覆巖的垮落帶高度H₀₁、基本頂普氏系數f相關，關系為：當0f6時，H₁＝1.3H₀₁；當6≤f10時，H₁＝1.2H₀₁；當f≥10時，H₁＝1.1H₀₁。