[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于DFM模型的蓄水期庫(kù)岸裂隙巖體邊坡穩(wěn)定性模擬分析方法、設(shè)備及介質(zhì)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210880719.3
• 申請(qǐng)日: 2022-07-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115358111A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程志超;郭如杰;劉士奇;石安池;饒猛;孫淼軍;王松平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/23
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/23;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 浙江杭州金通專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 吉靖;劉曉春

1.一種基于DFM模型的蓄水期庫(kù)岸裂隙巖體邊坡穩(wěn)定性模擬分析方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

S1、獲取庫(kù)區(qū)裂隙巖體邊坡地質(zhì)條件及控制性裂隙結(jié)構(gòu)面信息，確定地層巖體及裂隙結(jié)構(gòu)面空間展布、力學(xué)參數(shù)及滲透系數(shù)，建立庫(kù)岸邊坡幾何模型；

S2、將非連續(xù)的裂隙結(jié)構(gòu)面離散為無(wú)厚度平面單元，地層巖體離散為實(shí)體單元，并采用離散裂隙-基質(zhì)模型理論對(duì)幾何模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格剖分；

S3、基于比奧有效應(yīng)力原理及Barton-Bandis節(jié)理模型，建立“裂隙面應(yīng)力—裂隙開(kāi)度—滲透系數(shù)”之間的函數(shù)關(guān)系式，通過(guò)COMSOL Mulyiphysics二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)庫(kù)岸邊坡蓄水過(guò)程中滲流應(yīng)力耦合的數(shù)值求解；

S4、基于建立的模型求解方法在COMSOL Mulyiphysics有限元軟件中分析不同蓄水過(guò)程中庫(kù)岸邊坡變形特征，包括滲流場(chǎng)和位移場(chǎng)的變化情況，進(jìn)而得到不同庫(kù)水位工況下邊坡安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)蓄水過(guò)程中庫(kù)岸裂隙巖體邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)分析。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DFM模型的蓄水期庫(kù)岸裂隙巖體邊坡穩(wěn)定性模擬分析方法，其特征在于：所述步驟S1中：

庫(kù)岸邊坡地質(zhì)條件信息包括控制性裂隙結(jié)構(gòu)面及地層巖體空間分布情況；

根據(jù)工程實(shí)際地質(zhì)報(bào)告，獲取地層巖體及裂隙結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)參數(shù)和滲透系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DFM模型的蓄水期庫(kù)岸裂隙巖體邊坡穩(wěn)定性模擬分析方法，其特征在于：所述步驟S2中：

對(duì)非連續(xù)裂隙結(jié)構(gòu)面采用無(wú)厚度平面單元，刻畫(huà)蓄水過(guò)程中岸邊坡內(nèi)的裂隙滲流特征；

對(duì)地層巖體采用實(shí)體單元，刻畫(huà)庫(kù)岸邊坡內(nèi)的基質(zhì)滲流特征；

基于DFM模型相關(guān)理論，采用匹配型非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，即將裂隙作為內(nèi)部邊界，并以此為約束進(jìn)行數(shù)值模型有限元網(wǎng)格剖分。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DFM模型的蓄水期庫(kù)岸裂隙巖體邊坡穩(wěn)定性模擬分析方法，其特征在于：所述步驟S3中：

S301、依據(jù)比奧有效應(yīng)力原理和Barton-Bandis方程，考慮蓄水過(guò)程中裂隙法向閉合和剪切剪脹效應(yīng)后，裂隙開(kāi)度隨應(yīng)力的演化方程可由式(1)計(jì)算得到：

式中，d_f0為裂隙的初始開(kāi)度，Δd_n為裂隙的法向閉合量，d_s為剪脹效應(yīng)引起的裂隙張開(kāi)，σ_n′為裂隙面的有效法向正應(yīng)力，K_n0為裂隙的初始法向剛度，d_nmax為裂隙的最大閉合量，如無(wú)特殊說(shuō)明，裂隙的最大閉合量d_nmax＝d_f0，K_s為裂隙的剪切剛度，ψ為裂隙的剪脹角，τ_c為裂隙的剪切強(qiáng)度，τ為裂隙面上的剪切應(yīng)力；

S302、在小變形和線(xiàn)彈性的假設(shè)條件下，蓄水過(guò)程中巖體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可由式(2)表征：

式中，D_m為巖石基質(zhì)的彈性張量，ε_m和u_m分別為基質(zhì)的應(yīng)變和位移；

S303、水庫(kù)蓄水過(guò)程中巖石基質(zhì)和裂隙的滲流控制方程可表示為：

式中，為基質(zhì)的孔隙率，ρ為水的密度，q_m為基質(zhì)的匯源項(xiàng)，k_m為基質(zhì)的滲透率，p為水壓力，μ為水的動(dòng)力粘度，g_z為重力加速度，▽z為高度差；

式中，d_f為裂隙的水力開(kāi)度，為裂隙的孔隙率，ρ為水的密度，q_f表示從基質(zhì)流入裂隙的流量，q_m為基質(zhì)的匯源項(xiàng)；

S304、對(duì)上述公式(2)、(3)、(4)表達(dá)的滲流應(yīng)力耦合控制方程基于COMSOLMultiphysics軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)裂隙巖體的滲流應(yīng)力耦合模型的數(shù)值求解。