[发明专利]基于数值模拟的采空区注浆动态全过程仿真方法

权利要求书

1.一种基于数值模拟的采空区注浆动态全过程仿真方法，其特征是，包括如下步骤：

（1）建立耦合采空区复杂地层信息的灌浆三维网格模型；

（2）建立采空区注浆三维数学模型；

（3）进行采空区浆液流动的动态模拟；

（4）进行采空区注浆动力学解算；

（5）三维动态全过程仿真后期处理与可视化输出。

2.如权利要求1所述的基于数值模拟的采空区注浆动态全过程仿真方法，其特征是，耦合采空区复杂地层信息的灌浆三维网格模型具体包括如下步骤：

（1）根据真实的CAD地形地质资料和工程基础数据资料，在犀牛软件中建立真实地质模型；

（2）将地质模型转化成.igs格式，通过CFD软件（计算流体力学软件）的数据接口，将包含真实地质地形数据的.igs格式文件导入到CFD软件中；

（3）基于三维地质模型，采用贴体网格和局部加密网格划分技术建立模型：在全局选用较大的长度，生成与计算区域边界重合的、疏密程度不均匀的曲线网格，使得网格的边界与计算区域边界一一对应；

（4）针对计算区域内的不同部位的不同情况，采用加密或放宽网格的办法，在不同区域建立不同疏密度的网格，注浆孔周围网格局部加密。

3.如权利要求1所述的基于数值模拟的采空区注浆动态全过程仿真方法，其特征是，基于采空区注浆三维网格模型构建宾汉姆流体三维k-ε紊流数学模型，宾汉姆流体三维k-ε紊流数学模型的基本方程包括宾汉姆流体k-ε紊流控制方程、宾汉姆流体的本构方程、混合速度方程和混合密度方程，其中k-ε紊流控制方程为数值模拟的主要流体流动控制模拟方程，本构方程主要体现宾汉姆流体的特性，混合速度和密度方程体现注浆液中混凝土颗粒和水的混合速度和密度，宾汉姆流体本构方程、混合速度和混合密度方程均通过源项耦合于k-ε紊流控制方程。

4.如权利要求3所述的基于数值模拟的采空区注浆动态全过程仿真方法，其特征是，宾汉姆流体三维k-ε紊流数学模型的边界条件包括：

（1）进口边界条件：宾汉流体相和颗粒相的进口速度分布，压力分布以及相应的体积浓度分布，各变量取均匀分布；根据工程设计的I、II序孔，定义两类参数相同的进口条件，基于实际工程进行I、II序孔的分序注浆；

（2）出口边界条件：出口条件按局部单向化处理；

（3）固壁边界条件：按固壁定律处理，所有固壁处的节点均采用无滑移条件，对靠近壁面的第一个网格节点采用标准壁函数方法；

宾汉姆流体三维k-ε紊流数学模型在确定基本控制方程和边界条件的设置与相关参数后，通过有限体积法进行离散，SIMPLE算法进行求解，最终获得宾汉姆流体三维注浆数值模拟结果。

5.如权利要求1所述的基于数值模拟的采空区注浆动态全过程仿真方法，其特征是，进行采空区浆液流动的动态模拟具体步骤为：基于第二步采空区注浆数值模拟的结果，划分网格的顶点得到不同时刻的空间坐标，为（x，y，z）的数据类型，每相邻的4个点组成一个四边形，再将所有的四边形联接成网，形成反映高低起伏变化的三维交错网格；经过以上处理后，初始显示流场质点，进行质点流速场的绘制：以箭头表示各质点流速矢量，箭头的方向表示速度的方向，箭头的长度表示流速值大小，然后选择适当的时间间隔，逐时生成一系列不同时刻流体质点所在的位置及其速度矢量图，就得到了动态的流场。

6.如权利要求1所述的基于数值模拟的采空区注浆动态全过程仿真方法，其特征是，进行采空区注浆动力学解算包括如下具体步骤：

（1）选择注浆孔注浆表现场景

（2）制作场景模型

（3）导入Realflow软件，设置参数

（4）调整参数，多次解算

根据初设参数，进行初次解算，分析解算成果，调整相关参数，再进行解算，反复解算调整多次，直到解算效果满足要求时为止，进行最后的解算和成果输出。

7.如权利要求1所述的基于数值模拟的采空区注浆动态全过程仿真方法，其特征是，三维动态全过程仿真后期处理与可视化输出包括又如下步骤：将采空区注浆孔注浆动力学解算的结果导回到3dmax软件中，利用3dmax软件中的材质贴图和照明模块，给整个场景设置光照，并给场景中的各个元素加上贴图和材质，在这一过程中，充分考虑到随着视点的变化，光照变换、纹理和色彩的变化，使得整个场景与现实更加的贴切；最后根据分辨率要求，设置好渲染参数，进行渲染出图片和动画文件。