[发明专利]堆石坝心墙水力劈裂的数值模拟方法

权利要求书

1.一种堆石坝心墙水力劈裂的数值模拟方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）根据室内平面应变试验获取实际心墙土料的应力应变曲线，建立颗粒离散元双轴数值模型；

（2）根据颗粒离散元双轴试验确定的细观力学参数，建立心墙骨架颗粒模型；

（3）利用连续介质模型建立流体模型，并对其控制方程进行离散；

（4）利用心墙骨架颗粒模型和流体模型模拟水力劈裂

（4.1）将颗粒与流体间的相互耦合力、颗粒之间的作用力之和作用于所有颗粒，利用离散元法计算并得到心墙骨架颗粒模型内部颗粒的速度、应力分布及渗透特性；初始计算时，颗粒与流体间的相互耦合力为零；

（4.2）提取步骤（4.1）计算得到的渗透特性，利用全局弱形式的无单元EFG法计算并得到渗流流体的速度、压力及颗粒与流体间的相互耦合力；

（4.3）判断模型内部是否达到平衡状态，如否，回到步骤（4.1）；如是，根据颗粒模型内部是否产生贯穿性裂缝，输出模型内部在指定的心墙上游水压力作用下是否发生水力劈裂的结论，结束模拟过程。

2.如权利要求1所述的堆石坝心墙水力劈裂的数值模拟方法，其特征在于所述步骤（4.2）的利用全局弱形式的无单元EFG法对流体进行计算，还包括如下子步骤：

（4.2.1）选取每一固体颗粒的中心点作为场节点，并利用这组场节点对流体域进行离散；

（4.2.2）通过离散的节点在流体域内形成用于数值积分的背景网格，将整体计算域划分为若干个积分子域；

（4.2.3）采用无单元EFG法对离散后的控制方程进行数值积分

∫ΩjΦ[u^it+Δt-u^itΔt-Qi]dΩj=0]]>

式中：为u_i的移动最小二乘近似，Φ是MLS形函数，Ω_j为第j个积分子域；

（4.2.4）通过循环方式，在每一个背景网格内进行数值积分，从而获得整体系统方程组的系数矩阵；

（4.2.5）根据实际的上游水位，给心墙骨架颗粒模型施加已知的压力边界条件；

（4.2.6）求解系统方程组，获得场节点的流速和压力。

3.如权利要求1或2所述的堆石坝心墙水力劈裂的数值模拟方法，其特征在于：所述步骤（4.2）为经步骤（4.1）循环计算m次后，提取第m次计算得到的渗透特性，利用全局弱形式的无单元EFG法计算并得到渗流流体的速度、压力及颗粒与流体间的相互耦合力；所述m根据计算精度及模拟对象的需要确定。