[发明专利]一种土石混合体随机细观结构模型的生成方法

说明书

本发明提供了一种土石混合体随机细观结构模型的生成方法，属于岩土材料细观数值模拟领域。首先，根据研究具体要求生成三维映射网格模型，并存储三维映射网格的节点信息和单元信息；其次，根据土石混合体筛分试验得到的块石级配曲线确定块石粒度分布、确定块石空间方位，从而生成随机块石模型；最后，识别土石混合体的细观组分，将生成的随机块石模型映射到初始的均匀化有限元网格模型中，区分细观各组分，判定块石、土体基质集合确定各组分材料的属性。本方法有效的解决了网格不规则造成的不收敛及细观力学数值模拟效率低等问题，生成的土石混合体随机细观结构模型，可直接用于岩土工程领域细观数值模拟。

技术领域

本发明属于岩土材料细观数值模拟领域，具体涉及一种土石混合体随机细观结构模型的生成方法。

背景技术

由于土石混合体的组构特征比较复杂，具有高度的非均一性、不连续性、空间变异性及环境依赖性等，因内部各组分含量的不同，颗粒形状、空间分布及排列方式等的差异，导致其宏细观力学特性千差万别。

由于室内试验仪器以及条件的限制，使得基于室内试验手段来揭示内部细观结构的损伤演化过程有较大的难处，并且传统的宏观分析方法不能考虑内部的细观结构特征，难以描述不同组分之间的细观力学以及细观结构对宏观力学特性的影响。细观结构模型技术的发展与成熟，为数值模拟方法研究材料的细观结构力学特征、宏观力学行为及变形破坏机制提供了实现的可能，而模型的合理与有效性是保证岩土工程定量分析结果可靠性的基本前提。现有的土石混合体细观结构模型存在网格不规则造成的不收敛及细观力学数值模拟效率低的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种土石混合体随机细观结构模型的生成方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种土石混合体随机细观结构模型的生成方法，包括以下步骤：

将土石混合体的投放区域进行剖分，建立网格模型；

获得块石的颗粒级配曲线，利用颗粒级配曲线计算一定含石量下土石混合体中各个粒径块石的数目；

根据各个粒径块石的数目对应生成多个级配段的模拟块石颗粒，所有的模拟块石颗粒按照位置组合后得到块石分布模型；

计算并根据网格模型内每个网格单元的形心点与块石分布模型内每个模拟块石颗粒的球心点之间的距离将每个模拟块石颗粒映射到网格模型中得到土石混合体随机细观结构模型。

优选的，根据筛分试验获得块石的颗粒级配曲线。

优选的，所述根据各个粒径块石的数目对应生成多个级配段的模拟块石颗粒的步骤包括：

确定各个级配段的块石的代表粒径；

根据块石级配曲线确定各个级配段的块石体积占总块石体积的比例；

根据各个级配段的块石体积占总块石体积的比例计算对应级配段的块石的总体积；

根据各个级配段的块石总体积确定对应级配段的块石的数量；

根据各个级配段块石的代表粒径、总体积、数量随机生成各个级配段的模拟块石颗粒。

优选的，级配段[d_s,d_s+1]的块石体积占总块石体积的比例为P[d_s,d_s+1]：

其中，d_min为级配段[d_s,d_s+1]的块石中块石直径的最小值。

优选的，根据各个级配段块石的代表粒径、总体积、数量随机生成各个级配段的模拟块石颗粒的步骤包括：