[发明专利]一种基于颗粒流的边坡运动过程分析前处理方法

说明书

本发明公开一种基于颗粒流的边坡运动过程分析前处理方法，包括如下步骤：(1)在PFC2D软件中，构建一个矩形区域，在该区域内生成颗粒，并对颗粒赋予属性参数；(2)根据所要构建规则边坡的尺寸及坡面要求，利用PFC2D内置fish函数定义开挖顺序、对矩形区域分层开挖，生成符合条件的边坡模型；(3)指定边坡模型中预分析的目标区域，利用fish函数对目标区域整体或部分进行分组标记。与现有通过导入规则边坡模型建模相比，本发明通过自编fish函数数值建模可以快速实现PFC2D内部快速构建规则边坡模型，并能通过自编fish实现对整体坡体区域或者指定区域标记，有利于通过颗粒流数值方法解决实际问题，为边坡工程应用方面提供一定的参考价值。

技术领域

本发明涉及一种基于颗粒流的边坡运动过程分析前处理方法，包括基于PFC2D软件构建规则边坡及对目标区域进行标记的处理过程，属于土木工程数值分析领域。

背景技术

边坡是一种广泛存在的地质地貌环境，通常会在自然因素或者人为因素干扰下发生失稳破坏，破坏的形式包括崩塌、滑坡以及泥石流等。边坡的破坏变形是灾难性的，更有可能直接或间接诱发其他灾害，比如交通阻塞、水土流失等。因此，针对边坡的稳定性分析以及边坡失稳后的运动分析显得尤为重要。

颗粒流离散元作为一种通用的数值方法，利用特有的颗粒结构和属性来模拟分析边坡失稳大变形过程有独特的优势，特别是对指定区域颗粒运动位置分布和指定粒子运动情况的分析，因此，PFC2D软件是现有边坡运动过程分析较常用的软件。但是，对边坡运动过程分析前，需先构建边坡模型，并根据不同条件下的需要对预分析的目标区域进行标记，现有研究中一般仅将PFC2D软件作为计算分析软件，其内部建模较为复杂，通常是从其他软件绘制好边坡模型然后导入PFC2D进行计算分析，或者先在CAD软件中画好模型图，利用编辑命令提取边界点坐标后导入PFC2D软件中完成建模及分析，整个过程较为繁琐；而且，现有边坡分析方法中对整体或目标区域进行标记时标记色彩较为单一，无法直观准确地观察滑坡破坏过程中坡体的运动形态。

因此，有必要发展一种新的建模方法，基于PFC2D内部命令直接绘制边坡模型及相关区域标记，并对相关区域的颗粒进行运动分析。

发明内容

发明目的：针对现有技术中边坡建模及后续失稳分析过程需要通过多个软件进行、过程繁琐以及边坡标记单一的问题，本发明提供一种基于颗粒流的边坡运动过程分析前处理方法。

技术方案：本发明所述的基于颗粒流的边坡运动过程分析前处理方法，包括规则边坡的构建及目标区域的标记，具体包括如下步骤：

(1)在PFC2D软件中构建坐标轴，并在该坐标轴内构建一个矩形区域，坐标原点指定在矩形区域左下角，水平向右为x轴方向，竖直向上为y轴方向，同时在该区域内生成颗粒，并对颗粒赋予属性参数；

(2)根据所要构建规则边坡的尺寸及坡面要求，利用PFC2D内置fish函数定义开挖顺序、对矩形区域分层开挖，生成符合条件的边坡模型；

(3)指定边坡模型中预分析的目标区域，利用fish函数对目标区域整体或部分进行分组标记。

上述步骤(1)中，颗粒的属性参数包括颗粒最小半径、最大半径、初始孔隙率、密度、阻尼系数、摩擦系数，接触模型的法向刚度、切向刚度和摩擦系数。

上述步骤(2)中，规则边坡的坡面要求为坡面形状，坡面形状通过坡面角度或坡面函数表征。其中，坡面函数可为一次函数、分段函数、指数函数等。

具体的，步骤(2)中，首先根据边坡模型高程定义分层开挖的层数N，其次将坡面要求通过函数形式function表达出来，根据各颗粒的坐标值通过if函数判断各颗粒是否满足坡面函数，如果不满足，说明该颗粒属于边坡外，直至所有颗粒判断完毕；然后根据开挖层数对矩形区域分层开挖，通过delete函数删除每层颗粒中不满足坡面函数的颗粒，最终得到符合条件的边坡模型。