一种基于连续介质单元的岩土体材料离散化模拟方法与流程

专利2025-08-10  325


本发明属于模拟方法,特别是涉及一种基于连续介质单元的岩土体材料离散化模拟方法。


背景技术:

1、flac3d是当前岩土力学计算中的重要数值计算程序之一。它能够准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形,尤其在弹塑性分析、大变形分析以及模拟施工过程等领域具有独特的优势。它广泛应用于边坡稳定性评价、支护设计与评价、地下洞室、施工设计、隧道工程、矿山工程等领域;不论求解岩土体的稳定性还是岩土材料的力学性质,对塑性区分析都是不可避免的一环,flac3d中塑性区分析主要用于模拟土体、岩石等材料在复杂应力状态下的塑性变形行为,以及评估这些材料的变形、强度和稳定性等方面的性能。在flac3d中,一般通过塑性区对单元的屈服状态进行描述:当单元应力状态达到对应的屈服准则时,单元则会被标注为shear-now或tension-now。随着模型进一步计算,这些处于屈服状态中单元的应力情况也可能会发生改变,从而导致应力状态不再满足屈服准则,此时这些单元会被标注成shear-past或tension-past。然而,在使用塑性区分析进行试样裂纹扩展分析时存在一些局限性,因为模型中相邻单元的应力状态非常接近,导致塑性区以块状形式大面积出现,仅能确定裂缝出现的大致范围,难以确定其精确位置;此外,在实际工程中,当岩体某处起裂后,岩块便会产生不可恢复的裂纹,即使应力调整后不满足屈服条件,裂纹仍不会消失,因此,需要设计一种基于连续介质单元的岩土体材料离散化模拟方法来解决上述问题。


技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于连续介质单元的岩土体材料离散化模拟方法,该方法实现了对研究对象变形、断裂破坏过程的精准模拟,较传统利用塑性区判断围岩破坏的精准度更高。

2、为实现上述技术效果,本发明所采用的技术方案是:

3、一种基于连续介质单元的岩土体材料离散化模拟方法,包括以下步骤:

4、s1,根据研究对象特点建立相适应的flac3d模型;

5、s2,根据研究对象选取相适应的本构模型、单元及边界条件;

6、s3,对研究对象的基本力学参数进行测定并赋值;

7、s4,对所赋值模型进行计算,并在计算过程中对模型单元的屈服状态进行判断;

8、s5,设置“interface”单元并进行判断;

9、s6,计算直至平衡;

10、s7,根据模拟目的通过对视图窗格和控制面板的交互操作达到结果输出。

11、优选地,步骤s1具体包括:根据研究对象特点建立flac3d模型,确定模型网格密度和对象特点。

12、优选地,步骤s3包括:根据所选取的本构模型所需参数对研究对象进行测量,然后赋值于所建模型。

13、优选地,步骤s4中,对所赋值模型进行计算,并在计算过程利用塑性应变对模型单元的屈服状态进行判断包括:

14、计算过程中对单元的塑性应变进行实时记录并判断,当累积塑性应变ks超过临界塑性剪切应变ksl时,单元产生不可恢复的剪切裂纹;当累积塑性拉应变kt超过临界塑性拉应变ktl时,单元将产生不可恢复的张拉裂纹;

15、运算过程中关于ks和kt的计算如下式(1)~(8)所示:

16、

17、式中,和分别为轴向和径向塑性应变,为体积塑性剪切应变增量,为径向塑性拉应变,为轴向弹性应变,为径向弹性应变,ν为泊松比,e为弹性模量,σt为抗拉强度。

18、优选地,步骤s5中,设置“interface”单元并进行判断包括:

19、s501,对步骤四所得所有屈服单元设置“interface”;

20、s502,对设置了“interface”的单元进行判断,当单元的塑性拉应变超过临界塑性拉应变时,单元分离输出;

21、s503,对设置了“interface”的单元进行判断,当单元的塑性剪应变超过临界塑性剪应变时,单元滑动输出.

22、优选地,步骤s6包括:计算直至程序所设定的步数或最大不平衡力后结束。

23、本发明的有益效果如下:

24、本发明方法实现了对研究对象变形及破坏过程的精确模拟,相比传统的利用塑性区判断围岩破坏的方法,具有更高的准确度。



技术特征:

1.一种基于连续介质单元的岩土体材料离散化模拟方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种基于连续介质单元的岩土体材料离散化模拟方法,其特征在于:所述步骤s1具体包括:根据研究对象特点建立flac3d模型,确定模型网格密度和对象特点。

3.根据权利要求1所述的一种基于连续介质单元的岩土体材料离散化模拟方法,其特征在于:所述步骤s3包括:根据所选取的本构模型所需参数对研究对象进行测量,然后赋值于所建模型。

4.根据权利要求1所述的一种基于连续介质单元的岩土体材料离散化模拟方法,其特征在于:所述步骤s4中,对所赋值模型进行计算,并在计算过程利用塑性应变对模型单元的屈服状态进行判断包括:

5.根据权利要求1所述的一种基于连续介质单元的岩土体材料离散化模拟方法,其特征在于:所述步骤s5中,设置“interface”单元并进行判断包括:

6.根据权利要求1所述的一种基于连续介质单元的岩土体材料离散化模拟方法,其特征在于:所述步骤s6包括:计算直至程序所设定的步数或最大不平衡力后结束。


技术总结
本发明公开了一种基于连续介质单元的岩土体材料离散化模拟方法,首先根据研究对象特点建立相适应的FLAC3D模型,根据研究对象选取相适应的本构模型、单元及边界条件,然后对研究对象的基本力学参数进行测定并赋值,并对所赋值模型进行计算,并在计算过程中对模型单元的屈服状态进行判断;再设置“interface”单元并进行判断并计算直至平衡,最后根据模拟目的通过对视图窗格和控制面板的交互操作达到结果输出。本发明方法实现了对研究对象变形及破坏过程的精确模拟,相比传统的利用塑性区判断围岩破坏的方法,具有更高的准确度。

技术研发人员:陈铭,钱沫熙,彭亮,常孔磊,甘辰,甄辉,张裔可,王申农,陈星,巨伟涛,杨超,王娇
受保护的技术使用者:中国葛洲坝集团市政工程有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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