[发明专利]堆石混凝土细观三相有限元模型、建立方法和装置

说明书

本公开提供的堆石混凝土细观三相有限元模型、建立方法和装置，包括：在给定空间内将堆石进行重力堆积及膨胀后形成堆石体，然后对所述堆石体进行网格划分得到堆石单元；在给定空间内除去堆石体的区域内生成自密实混凝土进行网格划分后得到自密实混凝土单元；通过节点增生的方式在相接触的两堆石的交界面处生成可相对滑动的接触面；通过节点增生的方式在相接触的堆石单元与自密实混凝土单元间生成由无厚度六节点界面单元模拟的界面过渡区单元。本公开克服了堆石混凝土细观模型无法模拟出界面错动以及界面过渡区过厚的建模技术难题，使得模型与堆石混凝土实际几何特征更为接近。

技术领域

本公开属于堆石混凝土建模技术领域，特别涉及一种堆石混凝土细观三相有限元模型、建立方法和装置。

背景技术

堆石混凝土是一种新型的大体积混凝土材料，主要应用于修建堆石混凝土大坝(堆石混凝土大坝施工方法,专利号ZL03102674.5)。自2003年被发明至今，全国已建再建堆石混凝土大坝已超过120座，且未来将向百米级堆石混凝土大坝发展。堆石混凝土越来越多且越来越高要求的应用场景，同时也驱使其基本力学研究更进一步的发展推进。

堆石混凝土的超大尺寸一定程度上决定了其主要研究方法为数值模拟。开展数值模拟取得可靠数据的先决条件就是数值模型的准确性。在有限元方面，目前堆石混凝土已有的有限元模型主要都是利用映射网格法建立的模型，如唐欣薇2009年提出的二维两相模型(唐欣薇,石建军,张志恒等.自密实堆石混凝土力学性能的细观仿真与试验研究,水利学报,2009,40(7):844-849.)、方秦于2017年提出的三维两相模型(方秦,闫鹏,张锦华等,堆石混凝土三维力学模型建模方法,建筑材料学报,2017,20(1):55-60.)与李阳等提出的一种堆石混凝土三相细观模型的建立方法(申请号：202010517640.5)。以上堆石混凝土细观有限元模型及其建模方法均为基于映射网格方法的模型及建模方法，基于该方法建立的模型基本单元都是方正的六面体(三维)或长方形(二维)，无论是在堆石间的接触、还是堆石体与自密实混凝土间的接触均与实际存在较大差异。

发明内容

本公开旨在解决上述问题之一。

为此，本公开第一方面实施例提供的能模拟出堆石之间的可滑动接触且在堆石体与自密实混凝土间具有合适厚度的界面过渡区的堆石混凝土细观三相有限元模型，包括：

堆石单元，所述堆石单元是通过在给定空间内将堆石进行重力堆积及膨胀后形成堆石体，然后对所述堆石体进行网格划分得到的最小有限元单元；

接触面，所述接触面仅存在于相接触的两堆石的交界面处，由可相对滑动的第一接触面和第二接触面组成，所述第一接触面由相接触的两堆石的交界面处的所述堆石单元组成，所述第二接触面通过复制所述第一接触面得到；

自密实混凝土单元，所述自密实混凝土单元是通过在所述给定空间内除去所述堆石体的区域内形成自密实混凝土，然后核对该所述自密实混凝土进行网格划分得到的最小有限元单元；和

界面过渡区单元，所述界面过渡区单元仅存在于所述堆石单元与所述自密实混凝土单元的交界面处，由无厚度六节点界面单元模拟。

本公开第一方面实施例提供的堆石混凝土细观三相有限元模型，具有以下特点及有益效果：

本公开第一方面实施例提供的堆石混凝土细观三相有限元模型中，将堆石与堆石之间的接触面设置为可滑动的平整接触面，堆石与自密实混凝土之间的界面过渡区采用无厚度界面单元表征。该模型克服了堆石混凝土有限元模型中堆石之间无法滑动且界面过渡区过厚的技术难题，使得模型与堆石混凝土实际几何特征更为接近，从而使得使用该模型的有限元模拟计算结果更具有说服力。

本公开第二方面实施例提供的堆石混凝土细观三相有限元模型的建立方法，包括：

在给定空间内生成若干堆石并对其进行重力堆积，此时相邻的堆石之间为点接触；