[发明专利]一种围岩应力状态的数值模拟方法及系统

说明书

本发明公开了一种围岩应力状态的数值模拟方法及系统，所述模拟方法包括如下步骤：在待分析围岩的有限空间内生成Voronoi图；将所述Voronoi图导入PFC软件，在所述PFC软件中生成待分析围岩的岩石数值模型；利用位移控制法对所述岩石数值模型进行加载，获得加载条件下的待分析围岩的应变数据。本发明将Voronoi图应用于PFC软件，对岩石的数值模型进行描述，提高了建模结果与岩石的细观结构的相似度，进而提高了围岩应力状态的数值模拟的精度。

技术领域

本发明涉及采矿安全管理技术领域，特别涉及一种围岩应力状态的数值模拟方法及系统。

背景技术

采矿工程中，围岩由原岩应力状态过渡至揭露状态，经历了复杂的采动应力环境演化过程。采动应力驱动下，围岩发生一系列变形破坏现象，甚至引发灾害事故，威胁生产安全。随着数值计算领域的不断创新优化与提升，在研究围岩稳定性方面利用数值模拟的方法能更加真实地再现复杂应力路径下围岩渐进破坏的过程。受地层形成规律的影响，地下岩体存在大量节理、裂隙，利用PFC数值计算方法，建立非连续介质模型能更准确地对围岩形态进行描述，该模拟方法所得结果的准确性取决于岩石细观结构的表征程度。常用的有BPM模型，该模型提出的是一种改进型岩石破坏模拟方法，该方法考虑到岩石细观结构对其力学行为的影响，加强了对岩石不规则颗粒的自相似模拟，但该方法无法真实模拟岩石细观颗粒之间的剪切闭锁现象；在此模型基础上进行优化，得到了CPM模型、GBM模型在BPM模型的基础上，采用线性平行接触粘接细观颗粒，提出了一种采用Stamp算法构建复杂细观颗粒的方法形成CPM模型，该方法受模型几何参数影响更为明显，需耗费大量时间对模型几何参数进行改进；基于BPM模型，考虑岩石细观结构对其力学行为的影响，加强了对岩石不规则颗粒的自相似模拟，提出了GBM模型构建方法；基于BPM模型引入一组随机分布裂隙，采用随机分布裂隙对BPM模型进行切割，将被裂隙切割的线性平行接触替换为光滑节理接触，形成了能体现非连续弱面对岩石力学行为的SRM模型。

上述建模方法在对岩石数值模型的构建中存在于实际岩石特征不符，特别是与破碎岩石的相似度较差，而且后期计算结果过于依赖岩石的参数赋值，结果准确度较低。如何提高围岩应力状态的数值模拟的精度成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种围岩应力状态的数值模拟方法及系统，以提高围岩应力状态的数值模拟的精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种围岩应力状态的数值模拟方法，所述模拟方法包括如下步骤：

在待分析围岩的有限空间内生成Voronoi图；

将所述Voronoi图导入PFC软件，在所述PFC软件中生成待分析围岩的岩石数值模型；

利用位移控制法对所述岩石数值模型进行加载，获得加载条件下的待分析围岩的应变数据。

可选的，所述在待分析围岩的有限空间内生成Voronoi图，具体包括：

在所述有限空间内随机生成多个点；

分别以每个所述点为球心生成多个球体；

以相同的生长速度使多个所述球体逐渐生长，直到所有所述球体将所述有限空间完全填充，得到Voronoi图。

可选的，将所述Voronoi图导入PFC软件，在所述PFC软件中生成待分析围岩的岩石数值模型，具体包括：

判断所述待分析围岩是否为完整岩石，获得判断结果；

若所述判断结果为是，则将所述Voronoi图导入PFC软件，在所述PFC 软件中生成完整岩石数值模拟模型，作为待分析围岩的岩石数值模型；