[发明专利]一种模拟岩土材料时离散元线性刚度参数的自动标定方法

说明书

本发明公开了一种模拟岩土材料时离散元线性刚度参数的自动标定方法。该方法利用解析公式作为线性弹性接触参数的初始估计值，通过将颗粒刚度参数当作自变量，数值模拟实际结果当作因变量，实现自动训练离散元模型中的接触参数。通过本发明，能够自动训练得到目标参数，极大减少了传统人工校核方法所需的时间；将基于各向同性散体试样的宏观变形解析解作为参数训练的初始值，有效避免了参数训练过程中的局部最优陷阱和训练时间过长等问题；通过在小应变条件下试样的响应来标定弹性参数，参数标定效率高。本发明实施过程简单，适用于快速标定砂土、堆石料等各类散体材料以及沉积岩石和陶瓷等粘结散体在采用离散元进行模拟研究时的细观变形参数。

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体的说，本发明涉及一种模拟岩土材料时离散元线性刚度参数的自动标定方法。

背景技术

由于砂土和堆石料等土工材料具有天然的离散特性，以颗粒为基本单元的离散元方法广泛应用于岩土材料和岩土工程问题的分析和研究中。然而，由于离散元算法采用的细观尺度参数不易直接通过物理试验测得，当前大多数针对岩土工程的离散元模拟，首先都要通过模拟某类常规岩土试验(如三轴试验)，通过人工不断调试离散元细观参数，直到模拟对象在目标宏观指标上和物理试验基本一致时，所用的模拟参数才被当作是一组可靠的输入参数。传统的人工标定方法不仅费时费力，而且难以达到一个较高的精度。

线性模型和赫兹模型是广泛应用于离散元模拟的两个基本接触模型。各个模型所采用的输入参数不一。其中，线性接触模型采用法向接触刚度和切向接触刚度作为控制变形的参数；赫兹模型采用颗粒剪切模量和泊松比来作为控制变形的参数。由于细观变形机理的不同，两者在标定策略上存在差异。本发明主要解决线性模型中的细观变形参数(即：法向接触刚度和切向接触刚度)的参数标定问题。

近年来，离散元参数的标定问题得到了广泛关注。

中国发明专利(申请号：201810632432.2，专利名称：一种快速确定岩石类脆性材料离散元模型参数的方法)提供了一种确定岩石类脆性材料离散元模型参数的方法。该方法需要模拟足够数量数值试样来做参数敏感性分析，以估计参数的取值范围，并为后一步采用统计方法优化参数取值提供依据。该方法为标定离散元参数提供了一套可供参考的流程，然而本质上依然是基于足够样本经验数据的统计拟合方法。该方法的不足之处在于：(1)需要模拟足够数量的数值样本来为敏感性分析和统计拟合提供依据，计算量较大；(2)在数值输出之后，从敏感性分析确定单个宏观指标背后的主要细观影响参数，再到拉丁超立方取样和蚁群算法来优化参数取值，过于依赖统计方法而忽视散体材料在宏细观参数背后的物理联系，且实施过程相对复杂。

中国发明专利(申请号：201811477615.8，专利名称：一种离散元模拟中的细观参数标定方法)提供了一种离散元模拟中的细观参数标定方法。该方法在标定颗粒刚度参数问题上，本质还是传统的人工试错的校核方法，在标定效率上并不能做到实质提高。