[发明专利]一种岩土颗粒破坏局部化识别方法

说明书

本发明公开了一种岩土颗粒破坏局部化识别方法，涉及岩土工程灾害研究领域。该方法定义一种无量纲的颗粒接触变形指标作为变形破坏程度的衡量指标，全面考虑了颗粒平移和旋转运动及接触断开后的持续变形，并定义了相应的阈值及确定方法，将变形指标大于阈值的区域判别为岩土体的破坏局部化区域，可识别地下硐室开挖围岩破裂、滑坡滑动面(带)等诸多岩土工程的灾变性破坏。本发明计算方法简易实用，结果可靠，岩体和土体均适用，可明确地确定破坏范围，改进了以往数值模拟方法根据变形云图颜色深浅定性判断变形破坏局部化的不足。

技术领域

本发明涉及岩土工程灾害研究领域，具体涉及一种岩土颗粒破坏局部化识别方法。

背景技术

岩土体的变形破坏局部化在岩土工程(如地下硐室围岩破坏和滑坡灾害等)中广泛存在并对工程稳定性起到控制性影响。因此，如何精确识别及控制变形破坏局部化区域是岩土工程稳定性评价和防治的关键。数值模拟技术是岩土工程变形破坏及稳定性分析的重要手段，尤其是离散元方法，在模拟岩土体大变形、破裂、分离及复杂运动方面具有明显优势。然而，以往离散元方法在研究岩土体变形局部化时多采用颗粒位移场、颗粒旋转场、接触断裂分布等进行分析，如文献“砂土直剪试验离散元数值模拟与细观变形机理研究，长江科学院院报，2017，34(4):104-110”和文献“砂土直剪力学性状的非圆颗粒模拟与宏细观机理研究，岩土工程学报，2010，32(10):1557-1565”。但这些方法实际上仅考虑了颗粒的某一运动或接触是否断裂，如颗粒位移场仅考虑了颗粒平移而未考虑颗粒旋转，颗粒旋转场正好相反，接触断裂分布则仅考虑了接触是否断裂而未考虑断裂后的持续变形情况，并且一般采用云图来显示颗粒位移场等，定性地将深颜色区域作为变形破坏局部化区域，其分辨率受云图色阶影响，故采用这些方法识别变形破坏局部化区域不可避免地带来偏差。

因此，为解决上述问题，就需要一种全面考虑颗粒平移、旋转、接触断裂后的持续变形、可明确确定破坏范围的变形破坏局部化识别方法。本申请定义了一种综合考虑以上因素的颗粒接触变形指标及定量的阈值来分析岩土体的破坏局部化，提高了破坏局部化识别的科学性和精度，可应用于地下硐室开挖围岩破裂区识别、滑坡滑动面(带)识别等诸多岩土工程，具有重要的工程应用意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种岩土颗粒破坏局部化识别方法，其根本特点在于定义一种无量纲的颗粒接触变形指标及相应的阈值，根据该变形指标阈值将岩土体的大变形区域(即破坏局部化)识别出来；本发明计算方法简易，岩体和土体均适用，结果可靠，通过阈值明确确定破坏局部化范围，即大于该阈值则发生破坏局部化，为一种定量的方法，改进了以往数值模拟方法根据变形云图颜色深浅定性判断变形破坏局部化的不足。

本发明的技术方案是：

一种岩土颗粒破坏局部化识别方法，该方法的步骤是：

步骤1：建立岩土体颗粒离散元数值模型，根据岩土体物理力学属性确定颗粒接触本构模型及参数；

步骤2：定义接触点处两侧颗粒的两接触点A、B的相对位移l_AB与两颗粒m、n的半径之和(r_m+r_n)的比值为颗粒接触变形指标ξ，即ξ＝l_AB/(r_m+r_n)，并在数值计算过程中实时计算和记录所有颗粒接触变形指标；

步骤3：根据N_ξ/N_tot-ξ曲线的曲率最大点确定用于识别破坏局部化的颗粒接触变形指标阈值ξ_thr，将ξ大于阈值ξ_thr的区域判别为破坏局部化区域，ξ小于阈值ξ_thr的区域判别为未破坏区；N_ξ/N_tot为大于某颗粒接触变形指标ξ的接触数量N_ξ占总的初始接触数量N_tot的比值；