[发明专利]一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法

说明书

本发明公开一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法，包括如下步骤：(1)在颗粒流软件中建立岩石颗粒模型并进行计算；(2)建立覆盖岩石颗粒模型的多边形网格；(3)使用建立的网格单元对模型内的Contact和Fracture进行分组，确定各网格单元内的Contact和Fracture个数；(4)计算各网格单元内的损伤值；(5)将各网格单元的中心坐标以及对应损伤值导出到后处理软件中，获得模型的损伤分布；(6)统计各损伤区间内网格单元的个数。本发明实现了对损伤大小和分布的定量表征，进一步扩展了颗粒流方法的应用范围。

技术领域

本发明涉及一种损伤表征方法，特别涉及一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法，属于岩体力学领域。

背景技术

损伤作为一种定量反映岩体的宏观破坏情况的参数，意义明确，便于理解，在表征工程岩体的破坏中广泛使用。

颗粒流方法使用大量颗粒构建复杂模型，通过颗粒间的接触传递力和位移，能够准确模拟出模型的微观破坏特点以及裂隙发育情况。颗粒流方法的计算结果为颗粒间微观作用的直接表现，并非模型宏观损伤的定量表征，导致该方法难以定量表征损伤的分布和大小。

如何在颗粒流计算结果的基础上定量表征损伤的分布和大小，使颗粒流方法不仅能够刻画模型的微观破坏，也能表征工程岩体的宏观损伤，这对进一步扩展该方法的应用范围有重要意义。

发明内容

发明目的：针对现有方法难以定量表征模型损伤的问题，本发明提供一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法。

技术方案：本发明所述的一种基于网格化的颗粒模型损伤表征方法，包括如下步骤：

(1)在颗粒流软件中建立岩石颗粒模型并进行数值计算；

(2)建立覆盖颗粒模型的多边形网格；

(3)使用多边形网格的网格单元对颗粒模型的Contact和Fracture进行分组，分组方法为：将每个网格单元划分一个组别，遍历每一网格单元，当Contact或Fracture的中心点指向任意方向的射线与某一个网格单元的交点个数为奇数时，相应的Contact或Fracture在该网格单元内，并将其划分为该网格单元所在组别；当交点个数为偶数时，相应的Contact或Fracture不在该网格单元内；确定各网格单元内Contact和Fracture的个数；

(4)计算各网格单元内的损伤值，某一网格单元内的损伤值D可根据下式计算：

式中，Nc为该网格单元内Contact的个数，Nf为该网格单元内Fracture的个数；

(5)将各网格单元的中心坐标以及对应损伤值导出到后处理软件中，获得模型的损伤分布；

(6)统计各损伤区间内网格单元的个数，以此表征模型的损伤情况。

优选的，步骤(2)中，多边形网格的建立方法为：

A、根据模型的大小设置多边形网格中网格单元的形状以及横向、纵向上网格单元的数量，确定每个网格单元的边长；

B、根据每个网格单元的边长和在模型中的位置，确定各网格单元的顶点坐标；

C、利用各网格单元的顶点坐标分别在不同Geometry集合内建立对应的网格单元；

D、循环执行B～C直至整个模型被多边形网格覆盖。

优选的，步骤(6)中，具体而言，可设置数值间隔建立损伤值的数值区间，根据模型中各网格单元损伤值的大小，统计各损伤区间内网格单元的数量并绘制损伤分布直方图，定量表征模型的损伤程度及不同程度损伤的分布情况。