[发明专利]一种砂土渗流破坏的模拟方法、装置及存储介质

说明书

本发明实施例公开了一种砂土渗流破坏的模拟方法、装置及存储介质。其中该方法用于模拟目标流体对目标砂土的渗流破坏。该方法包括：根据物质点法MPM，建立目标流体的流体仿真模型，其中流体仿真模型包括：MPM流体域和位于MPM流体域内的MPM粒子；根据离散单元法DEM，建立目标砂土的砂土仿真模型，其中砂土仿真模型包括：DEM固体颗粒域和位于DEM固体颗粒域内的DEM颗粒；以及根据流体仿真模型和砂土仿真模型，模拟目标流体对目标砂土的渗流破坏。本发明实施例结合了MPM和DEM两种方法的优点，因此能够更真实地模拟目标流体对目标砂土的渗流破坏。

技术领域

本发明涉及数值仿真技术领域，尤其涉及一种砂土渗流破坏的模拟方法、装置及存储介质。

背景技术

砂土是指含砂率大于50％的土壤，其结构碎散性强，具有大量复杂且随机的孔隙结构。砂土颗粒在渗透水流的力学或化学作用下，会逐渐脱离土骨架，导致土体内部的砂土颗粒被渐进的侵蚀，并最终引起管涌、地下空洞或引发地表塌陷，严重威胁着大坝、堤岸和基坑等建筑物的安全及堆积斜坡体的稳定。因此，对砂土体的渗流破坏进行模拟仿真，对预测和控制相关事故灾害具有重要的意义。

在现有技术中，可以采用物理试验方法来对砂土渗流破坏进行模拟，但是物理试验方法存在周期长、成本高、以及制样难以保证实验效果和现场土体一致等问题。而渗流引起的砂土体侵蚀破坏是个复杂的流固耦合过程，涉及颗粒尺度的颗粒-颗粒相互作用以及粗骨架孔隙尺度的流固耦合，需要一种更加精细的方式来真实地模拟砂土渗流破坏。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种砂土渗流破坏的模拟方法、装置及存储介质，能够更加真实地模拟砂土渗流破坏。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了一种砂土渗流破坏的模拟方法，用于模拟目标流体对目标砂土的渗流破坏，包括：根据物质点法MPM，建立所述目标流体的流体仿真模型，其中所述流体仿真模型包括：MPM流体域和位于所述MPM流体域内的MPM粒子；根据离散单元法DEM，建立所述目标砂土的砂土仿真模型，其中所述砂土仿真模型包括：DEM固体颗粒域和位于所述DEM固体颗粒域内的DEM颗粒；根据所述流体仿真模型和砂土仿真模型，模拟所述目标流体对所述目标砂土的渗流破坏，直至模拟时间达到预设值时停止，具体包括：S1：启动模拟；S2：计算所述DEM颗粒对所述MPM粒子的作用力；S3：根据所述DEM颗粒对所述MPM粒子的作用力，计算所述MPM流体域对所述DEM固体颗粒域的作用，以更新所述DEM颗粒；以及S4：判断模拟时间是否达到预设值，若未达到预设值，则返回步骤S2，否则停止模拟。

其中，根据物质点法MPM，建立所述目标流体的流体仿真模型，包括：建立以欧拉网格作为背景网格和以粒子作为拉格朗日单元的所述流体仿真模型；在所述背景网格进行粒子运动变形的计算，以及将所述背景网格中各节点的计算值映射至各自网格内的粒子上，以更新所述粒子的运动变形；其中，所述背景网格作为所述MPM流体域，所述粒子作为所述MPM粒子。

其中，所述根据离散单元法DEM，建立所述目标砂土的砂土仿真模型，包括：生成DEM固体颗粒域；在所述DEM固体颗粒域内，生成代表所述目标砂土的DEM颗粒；以及采用平行粘结接触模型，将所述DEM颗粒的静力计算至稳定状态。

其中，所述生成代表所述目标砂土的DEM颗粒，包括：对所述目标砂土，按照粒径大小生成代表所述目标砂土的DEM颗粒。

其中，所述计算所述DEM颗粒对MPM粒子的作用力，包括：搜索所述DEM颗粒周围的MPM粒子对应的背景网格节点；将所述DEM颗粒的动量离散至对应的背景网格节点，并与MPM粒子的映射动量合成；以及将合成的动量从背景网格映射回MPM粒子，以完成所述DEM颗粒对MPM粒子的接触力计算。