[发明专利]一种考虑岩石结构特征和矿物组成的细观模型生成方法

权利要求书

1.一种考虑岩石结构特征和矿物组成的细观数值模型生成方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤1，通过岩石结构特征分析，得到矿物颗粒分布和颗粒几何信息：

步骤2，离散元模拟；

将由步骤1中将岩石结构特征分析得到的矿物颗粒分布和颗粒几何信息收集汇总，将不规则形状的矿物颗粒简化为一尺寸缩小的圆球，采用离散单元法模拟岩石试样内颗粒粒径逐渐膨胀的过程，直至颗粒体系和真实岩石试样具有相同的结构特性即颗粒粒径是否达到矿物颗粒尺寸分布时，停止颗粒粒径膨胀及离散元数值模拟，完成岩石试样建模；

步骤3，生成数值模拟；

提取岩石试样模型中颗粒空间位置和尺寸信息，对颗粒集合体进行基于Voronoi图的空间区域划分，每个Voronoi元胞对应一个不规则形状的矿物晶粒；根据岩石中不同矿物类型的体积分数，给每个Voronoi元胞代表的矿物晶粒分配矿物类型；

步骤4，生成有限元模型；

将得到的Voronoi多晶体结构进行有限元网格划分，并在矿物颗粒边界和颗粒内部插入无厚度界面单元，生成可反映岩石结构和岩相结构的有限元数值模型，完成细观数值模型生成；

步骤2中，采用离散单元法模拟岩石试样内颗粒粒径逐渐膨胀的过程中，颗粒在给定的边界内开始按照相同的速率体积膨胀，在膨胀过程中，受试样边界限制和颗粒间互不侵入条件的约束，颗粒在生长过程中发生重排列，趋于一个密实和各向同性结构，上述采用离散单元法模拟岩石试样的颗粒集合体的结构特性可以采用径向分布函数和键取向序参数度量，通过这两个参数判断颗粒粒径是否达到矿物颗粒尺寸分布，若不满足要求则继续进行粒径膨胀；当满足要求时停止离散元数值模拟。

2.根据权利要求1所述的细观数值模型生成方法，其特征在于：步骤1中，岩石结构特征分析具体方法为：

首先将岩石切片，通过显微观察得到岩石试样切片图，然后对岩石试样切片图进行数字图像处理，对二值化的图像采用分水岭算法分割出矿物颗粒，识别矿物颗粒的分布和颗粒几何信息。

3.根据权利要求2所述的细观数值模型生成方法，其特征在于：步骤1中，所述矿物颗粒分布信息包括矿物颗粒的矿物种类、不同矿物种类的含量、粒径大小、粒径分布、颗粒的形心位置、圆度以及面积，颗粒几何信息包括矿物颗粒的尺寸、实心度、长短轴之比以及圆度。

4.根据权利要求3所述的细观数值模型生成方法，其特征在于：所述圆度通过下面公式定义：

公式一中，S_grain是通过岩石结构特征分析得到的矿物颗粒面积，P_grain是矿物颗粒周长，π为圆周率。

5.根据权利要求1所述的细观数值模型生成方法，其特征在于：所述径向分布函数为：

公式二中，dn(r)表明在距离原点颗粒相距r处，且在宽度dr范围内所能找到的颗粒数，N为岩石试样中总矿物颗粒数，V为岩石试样建模的体积，g(r)的物理意义是与原点颗粒相距r处单位体积的颗粒数密度，从而获得颗粒体系的结构信息，π为圆周率。

6.根据权利要求1所述的细观数值模型生成方法，其特征在于：所述键取向序参数函数为：

公式三中，是球谐函数，其中l表示对称性的序参量，m取-l≤m≤l，即为颗粒接触对的方向向量，而和为该方向向量的极角和方位角，π为圆周率，Q_l为键取向序参数值。