[发明专利]一种基于离散单元法的覆盖型岩溶塌陷灾变演化模拟方法

权利要求书

1.一种基于离散单元法的覆盖型岩溶塌陷灾变演化模拟方法，其特征在于，所述基于离散单元法的覆盖型岩溶塌陷灾变演化模拟方法包括：

在覆盖型岩溶区典型塌陷的地质结构概化模型基础上，利用颗粒流理论数值模拟方法对土洞的形成过程、覆盖型岩溶的塌陷过程进行模拟，获取初始土洞形成的临界地下水流速度和覆盖型岩溶塌陷的土洞临界平衡高度；

所述基于离散单元法的覆盖型岩溶塌陷灾变演化模拟方法具体包括：

第一步，运用PFC模拟渗流模型，结合土体颗粒位移曲线、裂纹增长曲线、不平衡力变化曲线判断是否发生渗流破坏；

第二步，利用PFC数值软件模拟土洞初始发育阶段，得到土洞形成的临界地下水流速度，并与理论值作对比；

第三步，运用PFC软件对覆盖型岩溶塌陷发展过程进行模拟：

对覆盖型岩溶塌陷过程中的应力变化情况进行模拟；

对覆盖型岩溶塌陷进行数值模拟，将塌陷过程分为四个阶段：第一阶段，土洞向上扩展，形成第一级土洞；第二阶段，土洞向两侧扩展，形成第二级土洞；第三阶段，土洞继续发展，覆盖层中多次发生小型坍塌，第三级土洞形成；第四阶段，土洞规模不在扩大，裂纹数目急速上升且形成垂连通面，地表发生塌陷；

覆盖型岩溶塌陷过程中的微观现象模拟；

利用PFC模拟软件计算土洞最大临界高度，与理论值对比。

2.如权利要求1所述的基于离散单元法的覆盖型岩溶塌陷灾变演化模拟方法，其特征在于，第一步的模拟过程包括：应力平衡→应力集中→裂纹形成→裂纹形成连通面→颗粒剥落→应力平衡。

3.如权利要求1所述的基于离散单元法的覆盖型岩溶塌陷灾变演化模拟方法，其特征在于，覆盖型岩溶塌陷过程中的微观现象模拟中，包括裂纹扩张、土体颗粒位移、土洞发育、地表塌陷过程的模拟。

4.如权利要求1所述的基于离散单元法的覆盖型岩溶塌陷灾变演化模拟方法，其特征在于，离散元的微观耦合力学方程：

PFC中流固耦合计算的流动方程、压力方程和求解条件如下：

流动方程流体管道相当于一个平行通道，长度为L’、孔径为a，在垂直平面方向上为单位厚度，管道内的流速为：

K‘—传导系数(cm·s^-1)；L’—管道的长度(mm)；P₂-P₁—相邻域的压力差；压力方程周围管道流入每个域的流量和为∑q，在单位时间步长Δt下，流体压力增量Δp(流入为正)为：

式中：K_f——流体的体积模数(kPa)；V_d——域的表观体积(mm³)；

应用显示求解方法，将流量方程应用于所有的管道，并将压力方程应用于所有的域之间交替求解；假设某个域内存在扰动压力ΔP_p，由于扰动流域里的流量计算得：

由水流流入引起的响应压力变化

式中：N——域所黏结的管道数；R——域周围颗粒的平均半径(mm)；

当两者相等时求出临界时间步长为：

5.一种实现权利要求1～4任意一项所述基于离散单元法的覆盖型岩溶塌陷灾变演化模拟方法的信息数据处理终端。

6.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-4任意一项所述的基于离散单元法的覆盖型岩溶塌陷灾变演化模拟方法。

7.一种实现权利要求1～4任意一项所述基于离散单元法的覆盖型岩溶塌陷灾变演化模拟方法的基于离散单元法的覆盖型岩溶塌陷灾变演化模拟控制系统。

8.一种搭载权利要求7所述基于离散单元法的覆盖型岩溶塌陷灾变演化模拟控制系统的计算机。