[发明专利]堆石混凝土细观三相有限元模型、建立方法和装置

权利要求书

1.一种堆石混凝土细观三相有限元模型，其特征在于，包括：

堆石单元，所述堆石单元是通过在给定空间内将堆石进行重力堆积及膨胀后形成堆石体，然后对所述堆石体进行网格划分得到的最小有限元单元；

接触面，所述接触面仅存在于相接触的两堆石的交界面处，由可相对滑动的第一接触面和第二接触面组成，所述第一接触面由相接触的两堆石的交界面处的所述堆石单元组成，所述第二接触面通过复制所述第一接触面得到；

自密实混凝土单元，所述自密实混凝土单元是通过在所述给定空间内除去所述堆石体的区域内形成自密实混凝土，然后核对该所述自密实混凝土进行网格划分得到的最小有限元单元；和

界面过渡区单元，所述界面过渡区单元仅存在于所述堆石单元与所述自密实混凝土单元的交界面处，由无厚度六节点界面单元模拟。

2.一种堆石混凝土细观三相有限元模型的建立方法，其特征在于，包括：

在给定空间内生成若干堆石并对其进行重力堆积，此时相邻的堆石之间为点接触；

将所有所述堆石沿各自径向膨胀，使相邻的所述堆石之间产生局部嵌入形成堆石体，此时所述堆石间形成接触平面；

在所述给定空间内除去所述堆石体的区域内生成自密实混凝土；

分别对所述给定空间内的所有所述堆石和所述自密实混凝土进行网格划分，形成堆石单元和自密实混凝土单元；

对任意相接触的两堆石，将其交界面处的所有共用节点构成第一接触面，复制所述第一接触面形成第二接触面，将所述第二接触面插入所述第一接触面与其中的一个所述堆石间，由所述第一接触面和所述第二接触面构成该任意相接触两堆石的接触面；遍历所有相接触的两堆石，分别形成所述接触面；

对于任意相接触的堆石单元和自密实混凝土单元，将其交界面处的共用节点构成第一网格，复制所述第一网格形成第二网格，将所述第二网格插入所述第一网格与所述堆石单元或所述自密实混凝土单元之间，由所述第一网格和所述第二网格构成该任意相接触堆石单元和自密实混凝土单元间的界面过渡区单元；遍历所有相接触的自密实混凝土单元与堆石单元，分别形成所述界面过渡区单元；最终得到所述堆石混凝土细观三相有限元模型。

3.根据权利要求2所述的堆石混凝土细观三相有限元模型的建立方法，其特征在于，所述在给定空间内生成若干堆石并对其进行重力堆积，包括：

设模拟的堆石混凝土试件的长、宽、高分别为a,b,c，体积为V_abc＝a×b×c，，设模拟的堆石混凝土试件中堆石的直径的最小值和最大值分别为d₁、d₂，d₁0.1min{a,b,c}，d₂应大于d₁且3d₂min{a,b,c}；

在所述给定空间中生成尺寸为a,b,h的盒体，其中h≥1.5c；

在所述盒体中随机生成若干堆石，堆石的直径d满足：d₁≤d≤d₂，所述随机生成的堆石间无接触且堆石总体积V_rock应满足0.60V_abc≤V_rock；

利用重力堆积方法将所述堆石在所述盒体中堆积。

4.根据权利要求2所述的堆石混凝土细观三相有限元模型的建立方法，其特征在于，所述堆石沿各自径向膨胀1mm～10mm。

5.根据权利要求2所述的堆石混凝土细观三相有限元模型的建立方法，其特征在于，所述堆石单元是通过将所述堆石体内的各堆石采用四面体网格方法划分得到。

6.根据权利要求5所述的堆石混凝土细观三相有限元模型的建立方法，其特征在于，所述自密实混凝土单元是通过将所述堆石体的表面网格映射至自密实混凝土中与堆石体表面对应曲面上，并采用四面体网格方法划分得到。