[发明专利]基于强度空间变异性的随机裂隙网络生成方法

权利要求书

1.一种基于强度空间变异性的随机裂隙网络生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.根据模拟对象的实际情况，确定模拟区域的长L_a和宽W_a；

步骤2.根据模拟对象的实际情况，确定裂隙宽度w_c，利用正三角形网格划分整个模拟区域，设置模拟区域长边上网格数量n_gb，并将网格的节点坐标储存进矩阵中；

步骤3.在模拟区域上生成材料抗拉强度的随机场以定量表征抗拉强度存在的空间变异性；包括以下子步骤：

步骤3-1.考虑到土体参数的非负性，随机场的边缘分布采用对数正态分布，并根据模拟对象的实际情况，选择对数正态分布的均值μ、变异系数c_v以及X、Y方向的相关长度SOF_x、SOF_y；

步骤3-2.根据选择的参数，使用谱分解法在模拟区域生成随机场，并赋值在网格节点上；

步骤4.根据实际场地的情况，确定作用于整个模拟区域的拉应力σ_t；

步骤5.根据模拟对象的实际情况，确定最大迭代步数n_t、以及裂隙条数f_b；

最大迭代步数应根据实际裂隙长度进行确定，每进行一次迭代计算，裂隙会向两端发展一个网格边长的长度，采用下式1计算最大裂隙长度l_c,max：

l_c，max＝(2n_t+1)ɑ (1)

ɑ 为正三角形网格的边长，计算公式为：

当裂隙发展至模拟区域边界处或其迭代步数达到n_t时，停止继续发展；

步骤6.利用Matlab编程在模拟区域产生初始断裂点；包括以下子步骤：

步骤6-1.根据随机场赋予节点的抗拉强度值，将抗拉强度小于拉应力的节点选择出来并进行编号；

步骤6-2.在matlab中使用randperm函数在这些节点中随机抽取f_b个随机数，抽取到的节点即为裂隙模型的初始断裂点；在正三角形网格中，裂隙具有三种基本断裂模式：水平发展的平裂隙断裂模式，左上右下发展的左上右下斜裂隙断裂模式，右上左下发展的右上左下斜裂隙断裂模式；对于平裂隙，破裂点处的节点分裂成上下两个节点；对于斜裂隙，破裂点处的节点分裂为左右两个节点，每个节点的偏移量均为w_c/2；

步骤7.在初始断裂点的基础上进行迭代计算：

由于裂隙尖端处存在应力集中，垂直裂隙的方向上会产生应力释放，因此裂隙会沿尖端方向继续开展，在正三角形网格中裂隙是沿着平行于裂隙尖端的方向和与该方向夹角为60°的另外两个方向进行发展；当裂隙尖端周围节点的抗拉强度s_i,t均大于拉应力σ_t时，该条裂隙即停止发育；

裂隙发展方向的概率通过下式进行计算：

式中，P_i为裂隙向某方向发展的概率；n＝3；W_i(s_i,t,σ_t)为权重计算函数，公式为：

式中，s_i,t为某点的抗拉强度；σ_t为拉应力；当材料抗拉强度大于拉应力时，该处将不会发生断裂，通过该公式实现材料强度对裂隙发展方向的影响；

步骤8.生成结合随机场的裂隙模型。

2.根据权利要求1所述的基于强度空间变异性的随机裂隙网络生成方法，其特征在于：

其中，模拟对象为场地或试样，在步骤1中，模拟对象应为矩形，该矩形的上下边长为L_a，左右边宽为W_a，该参数的选择应根据模拟对象的实际尺寸进行确定。