[发明专利]一种堆石混凝土三相细观模型的建立方法

权利要求书

1.一种堆石混凝土三相细观模型的建立方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据待投放区域大小建立元素值均为“0”的背景矩阵；

步骤2、从堆石库中随机选取一枚堆石并将其转换为0-1的堆石矩阵，其中，“0”表示在堆石外部，“1”表示在堆石内部；

步骤3、随机生成三维的(x，y，z)坐标，确定堆石初始投放的位置，其中，令z为1，然后根据坐标在背景矩阵中提取与堆石矩阵大小相同的子矩阵；

步骤4、判断堆石矩阵与子矩阵是否存在冲突，若存在冲突，则返回步骤3重新随机生成坐标；若不存在冲突，则通过调整坐标确定堆石的最终投放位置；

步骤5、根据堆石矩阵及其投放坐标对背景矩阵进行更新，并根据背景矩阵中元素“1”的占比计算当前堆石率，若未达到目标堆石率，则返回步骤2选取另外一枚堆石进行投放；若达到目标堆石率，则根据计算精度与计算能力对背景矩阵进行粗化，得到粗化后的矩阵；

步骤6：使用膨胀算法对粗化后的矩阵进行操作，使用元素“2”进行标记，确定界面过渡区的分布，即可得到0-1-2矩阵，根据该矩阵即可在有限元软件中生成堆石混凝土的三相细观模型。

2.根据权利要求1所述的一种堆石混凝土三相细观模型的建立方法，其特征在于，步骤1中，所述背景矩阵具体为预设一个立方体的试件，将该试件网格化为若干个1mm³的小立方体，背景矩阵中的元素与小立方体一一对应。

3.根据权利要求1所述的一种堆石混凝土三相细观模型的建立方法，其特征在于，步骤2中，堆石矩阵转换方法具体为：

将包含堆石的区域划分成为1mm³的小立方体，并根据该区域的大小建立堆石矩阵，每个小立方体包括八个顶点，对各顶点与堆石之间的位置关系进行逐个判断，若顶点在堆石内，则将该顶点定义为True，反之则定义为False；

根据顶点的定义，若一个小立方体的八个顶点均为True，则表示该立方体属于堆石，将堆石矩阵中对应该立方体的元素值赋值为“1”；若八个顶点均为False，则表示该立方体不属于堆石，将堆石矩阵中对应该立方体的元素值赋值为“0”；对于剩下的立方体，则需要通过判断立方体中心点是否在堆石内部来确定该立方体是否属于堆石。

4.根据权利要求1所述的一种堆石混凝土三相细观模型的建立方法，其特征在于，步骤4中，所述冲突的判断方法为：子矩阵和堆石矩阵是相同大小的，若存在两矩阵中对应位置的元素值同时为“1”的情况，则表示存在冲突，需要重新生成坐标；若多次重复均存在冲突，则增大坐标的z值进行冲突判定；若z值增大直到超出了背景矩阵的范围依旧无法成功投放，则放弃该堆石的投放进行下一枚堆石的投放。

5.根据权利要求4所述的一种堆石混凝土三相细观模型的建立方法，其特征在于，步骤4中，调整坐标具体为：

保持x和y坐标不变，逐渐减小z坐标生成新的坐标，通过此方法模拟堆石的竖直下落，根据新坐标进行冲突判断，直到新投入堆石与已投入堆石发生冲突，返回前一个坐标并调整x和y坐标生成新坐标，通过此方法对堆石进行试探性平移，根据新坐标进行冲突判断，若不存在冲突则尝试减小z坐标继续下落；若存在冲突则尝试向其它方向水平移动；若所有方向均无法水平移动，则该坐标即为堆石的最终投放位置。

6.根据权利要求1所述的一种堆石混凝土三相细观模型的建立方法，其特征在于，步骤5中，如果受计算能力的限制，可以将背景矩阵进行粗化后再进行有限元模型的生成，具体为：

假设粗化率为i，一般可取为1-10，将背景矩阵分割为若干个大小为i×i×i阶子矩阵；根据子矩阵内“1”元素的占比对该子矩阵进行定义，若占比大于50％，则将其定义为1，反之则定义为0；根据各子矩阵的定义生成新的0-1矩阵。

7.根据权利要求1所述的一种堆石混凝土三相细观模型的建立方法，其特征在于，步骤6中，在限元软件中根据待投放区域大小建立模型，并网格尺寸设定为imm后对该模型进行有限元剖分，根据0-1-2矩阵中各元素的数值对各网格赋予相应的材料属性：“0”赋予自密实混凝土属性，“1”赋予堆石混凝土属性，“2”赋予界面过渡区属性，据此即可得到粗化后的堆石混凝土三相数值模型。