[发明专利]一种考虑宏细观缺陷耦合的岩体力学数值建模方法

摘要

本发明涉及一种考虑宏细观缺陷耦合的岩体力学数值建模方法，该方法包括以下步骤：第一步，生成数值计算模型：采用FLAC3D程序进行数值建模，设定计算模型的平面尺寸、厚度及边界条件，采用三节点三角形单元对模型进行超细网格划分，超细网格划分时划分的网格单元为立方体，立方体的边长不大于1mm；设定岩体或岩质边坡的本构模型及参数，建立数值计算模型；第二步，生成宏观缺陷：第三步，生成细观缺陷。该方法中宏观缺陷代表宏观的节理、裂隙等，而细观缺陷代表微裂隙等，该方法同时考虑了岩体中存在的宏观和细观两类缺陷，使其建模得到的岩体更加与实际岩体接近。

主权项

1.一种考虑宏细观缺陷耦合的岩体力学数值建模方法，该方法包括以下步骤：第一步，生成数值计算模型：采用FLAC3D程序进行数值建模，设定计算模型的平面尺寸、厚度及边界条件，采用三节点三角形单元对模型进行超细网格划分，超细网格划分时划分的网格单元为立方体，立方体的边长不大于1mm；设定岩体或岩质边坡的本构模型及参数：若建模对象为岩石，则采用应变软化模型作为本构模型，相应的设定的岩石力学参数包括弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角和抗拉强度；若建模对象为岩质边坡，则采用莫尔库仑弹塑性模型作为岩石及裂隙填充物的本构模型，相应的设定岩石及裂隙填充物的力学参数包括密度、体积模量、剪切模量、粘聚力、内摩擦角、抗拉强度，同时在裂隙填充物与岩石的接触界面上采用节理单元以模拟二者之间可能出现的滑动情况，节理单元的参数包括节理摩擦角、节理粘聚力及其法向和切向刚度；上述本构模型及参数设定好后，则建立数值计算模型；第二步，生成宏观缺陷：宏观缺陷的生成分为两种情况，第1种情况是针对岩石试件，定义肉眼能够识别的规则的奇异缺陷为宏观缺陷，通过在上述的数值计算模型中的指定位置生成具有特定长度、倾角及宽度的条形孔洞模拟实际岩体中的节理、裂隙这类宏观缺陷；第2种情况是针对岩质边坡，此时宏观缺陷为含软弱充填物的节理，采用Goodman节理单元表征节理，以反映节理充填物与周围岩石之间的接触问题；第三步，生成细观缺陷：定义肉眼不能识别的随机出现的毫米级以下的分布缺陷为细观缺陷，细观缺陷包括微裂纹、微孔洞，以孔隙率来度量岩石的细观损伤，设定孔隙率的值，采用FLAC3D中的Null模型来表示细观缺陷，岩石或岩质边坡均可视为由岩石颗粒与孔隙两种材料类型所组成，通过随机分布函数rand()为每一个网格单元分别赋予岩石颗粒材料模型或空材料模型，并使赋予空材料模型的网格单元个数占总网格单元个数的比例等于岩石的孔隙率，即可生成含不同细观缺陷的岩石模型，进而得到含宏细观缺陷耦合的岩体力学数值模型；所述岩石颗粒材料模型即为第一步的本构模型。