[发明专利]岩体地下结构三维模型构建与地震响应分析方法及系统

说明书

本发明涉及一种岩体地下结构三维模型构建与地震响应分析方法及系统，其中方法至少包括：(1)在目标区域引入人工边界，截去岩体的无限域部分，取出地下结构及其附近岩体形成有限计算域；其中，所述有限计算域包括内域和接触界面；(2)根据有限计算域区域内适用于工程岩体的动力参数，采用三轴应力状态下的工程岩体弹塑性本构模型及几何参数建立工程岩体有限元力学模型；(3)在工程岩体有限元模型中，确定地下结构在工程岩体有限元模型中的位置及力学关系实现工程岩体地下结构建模。该方法建模简单，实现岩体地下实验室结构成套建模。

技术领域

本发明属于岩体地下结构的计算机辅助设计领域，涉及岩石地下工程近场地震动传播与输入机制、工程岩体动本构关系、大型岩体-地下结构成套建模方法及岩体-地下结构动力相互作用机理，具体涉及一种岩体地下结构三维模型构建与地震响应分析方法及系统。

背景技术

安全处置、管理高放废物已成为当前放射性废物管理的难点问题，且引起国际社会的广泛关注。世界各有核国家都将高放废物的安全处置看作是保证核工业可持续发展及人类健康、环境保护的重大战略任务。因此，不同工况组合下，高放废物地质处置地下实验室的地震反应特性分析成为亟待解决的问题。在高放废物地质处置地下实验室结构近场地震数值模拟及安全裕度分析涉及多介质耦合条件下的理论方法、数值方法及数据融合方法研究，研究难题在于岩体动本构关系和大型岩体地下结构的建模方法；岩体稳定性影响因素比较复杂，与传统结构稳定可靠性分析存在较大的差别。而现有岩体结构并没有结合地下结构进行成套、系统的分析，无法满足对高放废物地质处置地下实验室结构的地震反应特性分析的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种岩体地下结构三维模型构建与地震响应分析方法及系统，该方法建模简单，实现大型岩体地下实验室结构成套建模与地震相关的研究。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种岩体地下结构的三维模型建立方法并可实现地震反应特性分析，至少包括：

(1)在目标区域引入人工边界，截去岩体的无限域部分，取出地下结构及其附近岩体形成有限计算域；其中，所述有限计算域包括内域和非线性接触界面；

(2)根据有限计算域区域内适用于工程岩体的动力参数，采用三轴应力状态下工程岩体弹塑性本构模型及几何参数建立工程岩体有限元模型；

(3)在工程岩体有限元模型中，确定地下结构在工程岩体有限元模型中的位置，并根据所述地下结构在工程岩体有限元模型中的位置及力学关系实现地下结构与工程岩体的连接，得到岩体地下结构模型。

优选地，所述步骤(1)中在目标区域引入人工边界的处理具体为：

在截取的有限计算域内建立三维计算模型，在该三维计算模型的两侧和底边均设置黏弹性人工边界，将地震动输入等效为人工边界节点力作用。

优选地，所述方法还包括

对所述工程岩体有限元模型和地下结构模型进行单元类型选择、网格划分；具体包括：

1)单元类型选择：单元选择为二阶四面体单元全积分进行模拟；

2)网格划分：对工程岩体有限元模型进行网格剖分，；并对近地下结构部件进行局部网格加密；

依据截面剖分的形式，对所述工程岩体有限元模型和地下结构模型中的各结构部件进行网格点的布置，在网格点布置时考虑每个剖分出的截面上网格点数量的均匀性，对各结构部件进行网格划分。

优选地，所述有限计算域区域内适用于工程岩体的动力参数包括反应谱拟合的地震动时程合成。

优选地，所述方法还包括：

(4)根据随机有限断层方法对工程岩体区域的旧井断裂场景地震进行模拟，人工合成具有不同频谱特性的地震波；