[发明专利]一种岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法

权利要求书

1.一种岩土结构耦联体系的数字孪生模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、设定岩土地层面的几何与地层属性参数、模型边界范围；

步骤二、按体—面—线—点的几何拓扑关系建立工程结构体模型，给定每个工程结构体的材料属性，并将其赋予组成该结构体的所有面、点；

步骤三、采用模型边界切割岩土地层面，形成岩土地层体，并集成工程结构体，建立岩土结构体系的三维几何模型；

步骤四、针对所有的岩土地层体与工程结构体，如果存在面—面重叠，在几何上进行布尔运算处理，并对重叠面的地层或材料属性进行修正；该处理过程的具体步骤为：

步骤4.1、选取任意一个岩土地层体与一个工程结构体，开始面—面重叠分析，进入步骤4.2；若所有岩土地层体与工程结构体都分析完，进入步骤4.7；

步骤4.2、选取岩土地层体的一个面与工程结构体的一个面，进行共面分析，若所有面都分析完，进入步骤4.1；

步骤4.3、判断两个面是否共面，若不共面，进入步骤4.6；

步骤4.4、判断两个面的重叠状态，包括不重叠、部分重叠、包含三种状态，若为不重叠状态，进入步骤4.6；

步骤4.5、两个面为部分重叠或包含状态，对两个重叠面进行布尔运算，将重叠区域视为新的面，更新两个面的几何形态，并修正重叠面的地层或材料属性；

步骤4.6、两个面的重叠分析结束，进入步骤4.2；

步骤4.7、岩土地层体与工程结构体的面—面重叠分析结束

步骤五、针对所有的岩土地层体与工程结构体，对存在重叠的岩土地层体与结构体进行面—面布尔运算，通过回路分析得到岩土结构一体化模型，并对模型中的有向体、有向面、有限线段、顶点的地层或材料属性进行修正，详细步骤如下：

步骤5.1、选取任意一个岩土地层体与一个工程结构体，开始面—面分析，若所有岩土地层体与工程结构体都分析完，进入步骤5.4；

步骤5.2、选取岩土地层体的一个面与工程结构体的一个面，进行相交分析，若所有面都分析完，进入步骤5.1；

步骤5.3、计算面与面相交的点、线，将岩土地层体与工程结构体的面属性参数，设定给交点与交线，进入步骤5.2；

步骤5.4、岩土地层体与工程结构体的面—面分析结束；

步骤5.5、选取任意一个岩土地层体或工程结构体，进行有向面与有向体搜索；若所有岩土地层体与工程结构体都分析完，进入步骤5.14；否则进入步骤5.6

步骤5.6、选取岩土地层体或工程结构体的一个面，进行有向面搜索，若所有面都分析完，进入步骤5.11，否则进入步骤5.7；

步骤5.7、根据面上的有向线段，包括岩土地层体与工程结构体的线、面面之间的交线，搜索出所有闭合回路，每个闭合回路为一个有向环；

步骤5.8、通过判断面上有向环之间的包含关系，搜索面上所有的有向面；

步骤5.9、针对面上没有形成有向环的有向线段、顶点，将它们存储到对应的有向面；

步骤5.10、形成该面上的有向面—有向环—有向线段—顶点的几何拓扑关系，将面的属性继承给有向面，进入步骤5.6；

步骤5.11、根据岩土地层体或工程结构体上的有向面，搜索出所有闭合回路，每个闭合回路为一个有向壳；

步骤5.12、通过判断体上有向壳之间的包含关系，搜寻体上所有的有向体；

步骤5.13、形成该体上的有向体—有向壳—有向面的几何拓扑关系，将体的属性设定给有向体，进入步骤5.5；

步骤5.14、得到岩土结构一体化模型，结束分析；

步骤六、设定单元网格划分的尺寸参数；

步骤七、针对岩土结构一体化模型，采用单元网格划分方法，建立岩土结构体系的可计算模型，并给每个单元赋予地层或材料属性；

步骤八、建立三维几何模型、一体化模型、可计算模型三者之间的拓扑相关关系，判定岩土地层体与结构体的重叠状态，形成岩土结构耦联体系；

步骤九、得到耦联体系的单元、面、线、点几何与属性参数；

步骤十、设定岩土物理力学参数、接触计算参数以及模型边界条件；

步骤十一、设置岩体—结构耦联体系的分析流程，采用数值模拟方法进行分步模拟，得到耦联体系的应力场、位移场；

步骤十二、结束分析。