[发明专利]一种土石混合体随机细观结构模型的生成方法

权利要求书

1.一种土石混合体随机细观结构模型的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

将土石混合体的投放区域进行剖分，建立网格模型；

获得块石的颗粒级配曲线，利用颗粒级配曲线计算一定含石量下土石混合体中各个粒径块石的数目；

根据各个粒径块石的数目对应生成多个级配段的模拟块石颗粒，所有的模拟块石颗粒按照位置组合后得到块石分布模型；

计算并根据网格模型内每个网格单元的形心点与块石分布模型内每个模拟块石颗粒的球心点之间的距离将每个模拟块石颗粒映射到网格模型中得到土石混合体随机细观结构模型。

2.根据权利要求1所述的土石混合体随机细观结构模型的生成方法，其特征在于，根据筛分试验获得块石的颗粒级配曲线。

3.根据权利要求1所述的土石混合体随机细观结构模型的生成方法，其特征在于，所述根据各个粒径块石的数目对应生成多个级配段的模拟块石颗粒的步骤包括：

确定各个级配段的块石的代表粒径；

根据块石级配曲线确定各个级配段的块石体积占总块石体积的比例；

根据各个级配段的块石体积占总块石体积的比例计算对应级配段的块石的总体积；

根据各个级配段的块石总体积确定对应级配段的块石的数量；

根据各个级配段块石的代表粒径、总体积、数量随机生成各个级配段的模拟块石颗粒。

4.根据权利要求3所述的土石混合体随机细观结构模型的生成方法，其特征在于，级配段[d_s,d_s+1]的块石体积占总块石体积的比例为P[d_s,d_s+1]：

其中，d_min为级配段[d_s,d_s+1]的块石中块石直径的最小值。

5.根据权利要求3所述的土石混合体随机细观结构模型的生成方法，其特征在于，根据各个级配段块石的代表粒径、总体积、数量随机生成各个级配段的模拟块石颗粒的步骤包括：

在区间[0,1]上生成一组均匀分布的随机变量，将一组随机变量以空间坐标的形式映射到投放区域上；

根据一组随机变量中随机变量的顺序和在投放区域内的位置以各个级配段块石的代表粒径、总体积、数量生成各个级配段的模拟块石颗粒。

6.根据权利要求5所述的土石混合体随机细观结构模型的生成方法，其特征在于，所述根据一组随机变量中随机变量的顺序和在空间坐标上的位置以各个级配段块石的代表粒径、总体积、数量生成模拟块石颗粒的步骤包括：

当一组随机变量中的一个随机变量在空间坐标上与已生成的模拟块石颗粒的坐标重叠时，重新在区间[0,1]上生成一组均匀分布的随机变量，根据重新生成的一组随机变量中随机变量的顺序和在空间坐标上的位置以各个级配段块石的代表粒径、总体积、数量生成剩余的各个级配段的模拟块石颗粒。

7.根据权利要求1所述的土石混合体随机细观结构模型的生成方法，其特征在于，利用Matlab根据各个粒径块石的数目对应生成多个级配段的模拟块石颗粒，所有的模拟块石颗粒按照位置组合后得到块石分布模型。

8.根据权利要求1所述的土石混合体随机细观结构模型的生成方法，其特征在于，所述得到土石混合体随机细观结构模型的步骤包括：

对网格模型的每个网格单元的各个节点的坐标赋值；根据每个网格单元的各个节点的坐标得到每个网格单元的形心点；

对每个级配段的模拟块石颗粒按粒径大小赋值；

计算每个网格单元的形心点与每个模拟块石颗粒球心点之间的距离；

根据每个网格单元的形心点与每个模拟块石颗粒球心点之间的距离、每个级配段的模拟块石颗粒按粒径大小确定每个网格单元的组分，即得到土石混合体随机细观结构模型。

9.根据权利要求8所述的土石混合体随机细观结构模型的生成方法，其特征在于，所述确定每个网格单元的组分的步骤包括：

将级配段中的模拟块石颗粒按粒径大小赋值为num₁,num₂,…,num_i；

将模拟块石颗粒球心点与所有网格单元的形心点之间距离的最小距离记为dis_min；

将一个级配段中最小距离对应的一个模拟块石颗粒的位置记为loc_min；

若dis_min0且num₁+num₂+…+num_i-1+1loc_minnum₁+num₂+…+num_i-1+1，则将最小距离对应的网络单元的编号赋予一个级配段块石，并将最小距离对应的网络单元中的组分定义为块石；若dis_min0，则将最小距离对应的网络单元中的组分定义为土体基质。