[发明专利]一种考虑宏细观缺陷耦合的岩体力学数值建模方法

说明书

本发明涉及一种考虑宏细观缺陷耦合的岩体力学数值建模方法，该方法包括以下步骤：第一步，生成数值计算模型：采用FLAC^3D程序进行数值建模，设定计算模型的平面尺寸、厚度及边界条件，采用三节点三角形单元对模型进行超细网格划分，超细网格划分时划分的网格单元为立方体，立方体的边长不大于1mm；设定岩体或岩质边坡的本构模型及参数，建立数值计算模型；第二步，生成宏观缺陷：第三步，生成细观缺陷。该方法中宏观缺陷代表宏观的节理、裂隙等，而细观缺陷代表微裂隙等，该方法同时考虑了岩体中存在的宏观和细观两类缺陷，使其建模得到的岩体更加与实际岩体接近。

技术领域

本发明属于岩土工程研究领域，具体涉及一种考虑宏细观缺陷耦合的岩体力学数值建模方法。

背景技术

在长期而复杂的地质作用及人类工程活动影响下，岩体中形成了各种尺度的天然缺陷如大到区域性断层、中等尺度的节理裂隙、细观的微裂隙和微孔洞，甚至微观的分子及原子尺度上的缺陷。上述各种不同尺度缺陷的存在不仅为岩体的进一步破坏提供了裂纹源，而且它们之间的相互作用也对岩体的强度及破坏模式等力学特性都有着非常重要的影响。在早期研究者通常是把岩体作为均质各向同性或层状横观各向同性的弹性体来考虑。而后随着新的观测仪器及方法如扫描电镜等的出现，人们发现宏观完整岩石的内部还存在着众多的微裂隙及微孔洞等细观缺陷。由于数值方法具有效率高、费用低、可重复性好等特点，目前已成为岩土力学研究中的一个重要手段。基于FLAC^3D程序，Fu等(Fu,J.W.；Chen,K.；Zhu,W.S.；Zhang,X.Z.；Li,X.J.:Progressive failure of new modeling material witha single internal crack under biaxial compression and the 3-D numericalsimulation.Eng.Fract.Mech.165:140-152(2016))通过超细网格划分及选用合理的岩石本构模型，很好地模拟了初始非贯通裂纹在压缩荷载下的扩展过程，但是该过程仅考虑了岩体中存在的初始裂纹等宏观缺陷，而并未考虑岩体中同时存在的微裂隙、微孔洞等细观缺陷对岩体力学特性的影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提出一种考虑宏细观缺陷耦合的岩体力学数值建模方法，其中宏观缺陷代表宏观的节理、裂隙等，而细观缺陷代表微裂隙等，该方法同时考虑了岩体中存在的宏观和细观两类缺陷，使其建模得到的岩体更加与实际岩体接近。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提出了一种考虑宏细观缺陷耦合的岩体力学数值建模方法，该方法包括以下步骤：

第一步，生成数值计算模型：

采用FLAC^3D程序进行数值建模，设定计算模型的平面尺寸、厚度及边界条件，采用三节点三角形单元对模型进行超细网格划分，超细网格划分时划分的网格单元为立方体，立方体的边长不大于1mm；

设定岩体或岩质边坡的本构模型及参数：若建模对象为岩石，则采用应变软化模型作为本构模型，相应的设定的岩石力学参数包括弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角和抗拉强度；若建模对象为岩质边坡，则采用莫尔库仑弹塑性模型作为岩石及裂隙填充物的本构模型，相应的设定岩石及裂隙填充物的力学参数包括密度、体积模量、剪切模量、粘聚力、内摩擦角、抗拉强度，同时在裂隙填充物与岩石的接触界面上采用节理单元以模拟二者之间可能出现的滑动情况，节理单元的参数包括节理摩擦角、节理粘聚力及其法向和切向刚度；

上述本构模型及参数设定好后，则建立数值计算模型；

第二步，生成宏观缺陷：