[發明專利]一種層狀巖體FDEM數值模擬輸入參數標定方法

在審

• 申請號: 202210368751.3
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114861401A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 鄧鵬海;劉泉聲
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李煒

1.一種層狀巖體FDEM數值模擬輸入參數標定方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)鉆取并加工出圓柱形水平和垂直層狀標準試件，分別開展室內巖體力學試驗，獲得水平層狀巖體的彈性模量和泊松比E、v和垂直層狀巖體的彈性模量和泊松比E’和v’；

(2)將水平層狀和垂直層狀圓柱形標準試件，采用高強度膠水將巖樣和加載板粘接，開展直接拉伸試驗，獲得水平和垂直層狀巖體抗拉強度f_t、f_t’；

(3)采用立方體試件，開展水平和垂直層狀不同法向壓力的直接剪切試驗，獲得水平層狀巖體的粘聚力c、內摩擦系數垂直層狀巖體的粘聚力c’、內摩擦系數

(4)建立水平和垂直層狀巖體直接拉伸FDEM數值模型，巖體和加載板間的節理單元抗拉強度設為GPa級別，防止巖體和加載板之間發生拉伸斷裂；采用步驟(1)得到的彈性模量、泊松比E、v、E’和v’，將水平和垂直層狀巖體的抗拉強度分別設為步驟(2)得到的f_t和f_t’，分別得到水平和垂直層狀巖體的I型斷裂能G_I和G_I’；

(5)建立水平和垂直層狀巖體FDEM數值模型，采用步驟(3)得到的粘聚力c、c’和內摩擦系數開展直接剪切試驗，獲得水平和垂直層狀巖體的II型斷裂能G_II和G_II’；

(6)采用室內試驗得到的宏觀參數和步驟(4)、步驟(5)標定得到的斷裂能，開展垂直層狀巖體直接拉伸、垂直層狀巖體直接剪切和水平層狀巖體單軸壓縮FDEM數值模擬，獲得網格尺寸上限值；

(7)從水平層狀巖體至垂直層狀巖體，以15°遞增，開展不同傾角巖樣的室內單軸壓縮試驗和對應的FDEM數值模擬，將模擬值和試驗值比較，驗證被標參數的可靠性。

2.根據權利要求1所述的標定方法，其特征在于：所述步驟(1)中標準試件的直徑為50mm，高度為100mm。

3.根據權利要求1所述的標定方法，其特征在于：所述步驟(1)中室內巖體力學包括水平層狀巖樣單軸壓縮、直接拉伸和直接剪切試驗；還包括垂直層狀巖樣單軸壓縮、直接拉伸和直接剪切試驗，以及以15°遞增的不同傾角的巖樣單軸壓縮試驗。

4.根據權利要求3所述的標定方法，其特征在于：所述以15°遞增的不同傾角包括0、15°、30°、45°、60°、75°和90°。

5.根據權利要求1所述的標定方法，其特征在于：所述步驟(3)中立方體試件的尺寸為140mm×140mm×140mm。

6.根據權利要求1所述的標定方法，其特征在于：所述步驟(5)中層狀巖體FDEM數值模型的尺寸為140mm×140mm。

7.根據權利要求1所述的標定方法，其特征在于：所述室內試驗需要獲取水平層狀巖體的抗拉強度f_t、粘聚力c、內摩擦系數I型斷裂能G_I、II型斷裂能G_II和垂直層狀巖體的抗拉強度f_t’、粘聚力c’、內摩擦系數I型斷裂能G_I’、II型斷裂能G_II’；在FDEM數值模擬中，平行于層理面的節理單元抗拉強度、粘聚力、內摩擦系數、I型斷裂能和II型斷裂能分別取為f_t、c、G_I和G_II，垂直于層理面的節理單元抗拉強度、粘聚力、內摩擦系數、I型斷裂能和II型斷裂能分別取為f_t’、c’、G_I’和G_II’，與層理面斜交的節理單元的抗拉強度、粘聚力、內摩擦系數、I型斷裂能和II型斷裂能采用下述公式計算：

式中，f_t,γ、c_γ、G_I,γ、G_II,γ分別為與層理面成γ夾角的節理單元的抗拉強度、粘聚力、內摩擦系數、I型斷裂能和II型斷裂能。