[发明专利]一种尾矿坝初期坝裂缝发生与扩展的数据仿真方法

说明书

本发明提供了一种尾矿坝初期坝裂缝发生与扩展的数据仿真方法，该水力劈裂发生与扩展的数值仿真方法通过结合比奥固结理论，来推到和建立用于描述水力劈裂发生和扩展过程的有限元数值仿真模型，以此对水力劈裂发生和扩展过程进行全面的和高效的预测判断，从而保证尾矿坝的运行安全性。

技术领域

本发明涉及尾矿坝水力工程的技术领域，特别涉及一种尾矿坝初期坝裂缝发生与扩展的数据仿真方法。

背景技术

水力劈裂是尾矿坝工程中人们最为关注，同时也是最有争议的问题之一。水力劈裂会导致大坝防渗体的破坏从而造成灾难性的后果。水库的蓄水压力能否在心墙的上游表面造成裂缝，进而形成集中渗水的通道并导致大坝的破坏，时至今日在工程和学术界仍有疑问和争论。为了准确地确定水力尾矿坝中水力劈裂的发生状态，需要对水力劈裂的发生状态和演变状态进行有效的和准确的预测判断，但是目前针对水力劈裂的发生状态和演变状态进行有效的和准确的预测判断通常是基于弥散裂缝理论而建立的，这种方式并不能全面地和高效地进行相应的预测判断。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种尾矿坝初期坝裂缝发生与扩展的数据仿真方法，该水力劈裂发生与扩展的数值仿真方法包括如下步骤：步骤S1，构建关于尾矿坝的有限元方程，以此计算得到关于该尾矿坝对应水力劈裂的位移、应力和孔压场；步骤S2，根据该水力劈裂的位移、应力和孔压场，计算得到关于该水力劈裂的主应力参数；步骤S3，根据该水力劈裂的主应力参数，对该尾矿坝进行抗拉伸强度判断处理；步骤S4，根据该拉绳强度判断处理的结果，进行针对尾矿坝处于开裂状态或者处于未开裂状态的不同模式处理；可见，该水力劈裂发生与扩展的数值仿真方法通过结合比奥固结理论，来推导和建立用于描述水力劈裂发生和扩展过程的有限元数值仿真模型，以此对水力劈裂发生和扩展过程进行全面的和高效的预测判断，从而保证尾矿坝的运行安全性。

本发明提供一种尾矿坝初期坝裂缝发生与扩展的数据仿真方法，其特征在于，所述水力劈裂发生与扩展的数值仿真方法包括如下步骤：

步骤S1，构建关于尾矿坝的有限元方程，以此计算得到关于所述尾矿坝对应水力劈裂的位移、应力和孔压场；

步骤S2，根据所述水力劈裂的位移、应力和孔压场，计算得到关于所述水力劈裂的主应力参数；

步骤S3，根据所述水力劈裂的主应力参数，对所述尾矿坝进行抗拉伸强度判断处理；

步骤S4，根据所述拉绳强度判断处理的结果，进行针对尾矿坝处于开裂状态或者处于未开裂状态的不同模式处理；

进一步，在所述步骤S1中，构建关于尾矿坝的有限元方程，以此计算得到关于所述尾矿坝对应水力劈裂的位移、应力和孔压场具体包括，

步骤S101，根据关于流固耦合有效应力的计算模型，确定关于所述尾矿坝的比奥固结理论控制方程组；

步骤S102，对所述比奥固结理论控制方程组进行变换处理，以获得二维比奥固结理论的有限元格式方程组；

步骤S103，对所述二维比奥固结理论的有限元格式方程组进行求解，以计算得到所述水力劈裂的位移、应力和孔压场；

进一步，在所述步骤S101中，根据关于流固耦合有效应力的计算模型，确定关于所述尾矿坝的比奥固结理论控制方程组具体包括，

根据关于流固耦合有效应力的计算模型，确定如下面式(1)-(5)共同组成的所述比奥固结理论控制方程组

σ_ij'＝σ_ij-qδ_ij＝H_ijklε_kl (2)

ε_kl＝1/2(u_k,l+u_l,k) (3)