[发明专利]模拟空间层状结构岩体力学行为的方法、装置、介质及设备

说明书

公开了模拟空间层状结构岩体力学行为的方法、装置、介质及设备，属于岩石力学数值模拟技术领域。该方法包括：获取待模拟空间层状结构岩体的几何模型；进行块体切割，使得块体在切割后形成的层面相邻两层面之间的间距为m级尺度，生成三维非连续变形分析块体，其中的层面构成三维非连续变形分析块体的接触边界；针对每个三维非连续变形分析块体，进行等效模型化处理，得到三维非连续变形分析块体内包含的层面，使得其内包含的层面相邻两层面之间的间距为cm级尺度；获取三维非连续变形分析块体的刚度矩阵；进行求解和分析，得到力学行为参数。该装置、介质及设备能够用于实现该方法。其可以实现对空间层状岩体更为精确和高效的模拟。

技术领域

本发明涉及的岩石力学数值模拟技术领域，特别是涉及模拟空间层状结构岩体力学行为的方法、装置、介质及设备。

背景技术

沉积岩在地壳浅表部广泛分布，其重要特征是发育有一组平行或近平行、延伸性好、产状稳定且间距不等的层面，从而形成特定的层状岩体结构。层面导致层状岩体的变形和强度特征呈现显著的各向异性，而且是影响工程结构变形和稳定性的控制性因素。因此，需要对空间层状岩体更为精确和高效的模拟。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种模拟空间层状结构岩体力学行为的方法、装置、介质及设备，在三维非连续变形分析的框架下实现COSSERAT层状力学模型，建立三维连续-非连续耦合的双尺度模型，从而可以实现对空间层状岩体更为精确和高效的模拟，从而更加适于实用。

为了达到上述第一个目的，本发明提供的模拟空间层状结构岩体力学行为的方法的技术方案如下：

本发明提供的模拟空间层状结构岩体力学行为的方法包括以下步骤：

获取待模拟空间层状结构岩体的几何模型；

针对所述待模拟空间层状结构岩体的几何模型进行块体切割，使得所述块体在切割后形成的层面相邻两层面之间的间距为m级尺度，生成三维非连续变形分析块体，所述三维非连续变形分析块体的层面构成所述三维非连续变形分析块体的接触边界；

针对每个所述每个三维非连续变形分析块体，进行模型化处理，得到所述三维非连续变形分析块体内包含的层面，使得所述三维非连续变形分析块体内包含的层面相邻两层面之间的间距为cm级尺度；

针对所述三维非连续变形分析块体涉及的m级尺度层面、cm级尺度层面进行数学模拟，获取所述三维非连续变形分析块体的刚度矩阵；

根据所述三维非连续变形分析块体的刚度矩阵进行求解和分析，得到与所述三维非连续变形分析块体相对应的力学行为参数。

本发明提供的模拟空间层状结构岩体力学行为的方法还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述针对所述待模拟空间层状结构岩体的几何模型进行块体切割，使得所述块体在切割后形成的层面相邻两层面之间的间距为m级尺度，生成三维非连续变形分析块体，所述三维非连续变形分析块体的层面构成所述三维非连续变形分析块体的接触边界的步骤过程中，所述切割的方法为“显式”块体切割方法。

作为优选，所述针对每个所述每个三维非连续变形分析块体，进行模型化处理，得到所述三维非连续变形分析块体内包含的层面，使得所述三维非连续变形分析块体内包含的层面相邻两层面之间的间距为cm级尺度的步骤过程中，所述模型化处理采用的模型为COSSERAT层状模型，所述模型化处理的方法为采用COSSERAT层状模型以宏观等效的方式进行“隐式”模拟；

其中，采用COSSERAT层状模型以宏观等效的方式进行“隐式”模拟的过程中，所述三维非连续变形分析块体内包含的层面满足的条件包括：层状岩体视为由完整岩石层和分割岩层的层面周期性重复所形成的复合结构体；岩石层为均质和各向同性；层面平直且平行发育，并具有相同的力学特性；层面间距相等且只有一组层面；变形与曲率无限小。