一种地下工程稳定性宏细观分析方法

本发明属于工程模拟分析，尤其涉及一种地下工程稳定性宏细观分析方法。

背景技术：

1、随着软件技术的高速发展，工程领域中的各类软件功能趋于完善和成熟，越来越能够满足科研工作者们的实际需要。在地下工程的工作中，利用软件进行数值模拟是常见的分析手段。通过数值模拟可以分析工程上的各种关键问题，包括围岩稳定性、地下水的渗流情况等等。目前广大科研工作者使用的数值模拟软件主要是有限元分析软件（flac3d和anasys等）和离散元分析软件(pfc3d等)。但是，不同的软件有各自的算法特点，因此擅长的功能也各有不同，而耦合可以将两种软件的特长功能结合起来。离散元颗粒流pfc程序能够较好的模拟岩体的细观力学特性，因此pfc擅长小尺度的力学模拟，但是在进行工程尺度上的数值模拟分析时，pfc程序因离散元颗粒数量十分庞大而计算效率低下，而有限差分法flac程序主要进行的是连续模型的力学分析，在工程尺度上的数值模拟和计算效率比pfc快的多，但对于细观上的力学分析和模拟远不如pfc程序效果好。因此为了能够在工程尺度上对模型的某部分有针对的进行细观力学分析，采用连续-非连续耦合分析方法。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种地下工程稳定性宏细观分析方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种地下工程稳定性宏细观分析方法，包括：

3、构建隧道施工连续围岩模型，基于所述隧道施工连续围岩模型进行有限差分分析，获得核心区域和非核心区域，并通过拆分获得非核心区域连续网格模型；

4、对所述非核心区域连续模型的边界面进行抓取，并创建耦合墙体；

5、约束所述隧道施工连续围岩模型的墙体节点和单元节点，在核心区域内对离散元颗粒进行平衡，获得耦合墙体的接触模型；

6、释放所有节点的约束，对模型施加法向约束，计算模型的受力和变形，平衡模型的地应力；

7、根据模型中的几何文件对待分析区域的单元和颗粒清零，得到隧道开挖后的模型，提取对应的位移和应力云图对地下工程稳定性进行分析。

8、可选的，获得核心区域和非核心区域的过程包括：基于所述隧道施工连续围岩模型进行有限差分分析，获得塑性区云图，基于所述塑性区云图获得隧道施工围岩损伤范围，对所述隧道施工围岩损伤范围拆分获得核心区域和非核心区域。

9、可选的，获得非核心区域连续网格模型的过程包括：根据核心区域和非核心区域的拆分结果，获得非核心区域连续模型，画出相应的平面图，挤出3d实体，经过切割、生成多重曲面网格，命名后输出非核心区域连续网格模型。

10、可选的，获得耦合墙体的接触模型的过程包括：

11、约束所述隧道施工连续围岩模型的墙体节点和单元节点，在所述核心区域内生成离散元颗粒；通过实验获得矿物成分组成，对矿物成分组成中各矿物进行参数赋值，对离散元颗粒的力和位移进行平衡；根据岩体性质选用离散元对应的内置接触模型，作为耦合墙体的接触模型。

12、可选的，对离散元颗粒的力和位移进行平衡的过程包括：

13、对围岩的岩体取样进行x射线衍射实验，得到岩样中各矿物成分的比例，根据室内试验得到的力学参数在核心区域生成岩体矿物颗粒并赋予基础参数值，对各矿物成分颗粒分组并赋予各自细观参数，对离散元颗粒的力和位移进行平衡。

14、可选的，耦合墙体的接触模型前后设置为线性刚度模型，其余墙体设置为粘结接触模型。

15、可选的，平衡模型的地应力的过程包括：对模型边界的前后左右和下面的初始位移和速度约束为0，顶部位移不用约束，使模型处于自然重力状态。

16、可选的，得到隧道开挖后的模型的过程包括：将开挖隧道几何文件导入，并按照工法，基于几何文件对开挖区域的颗粒分组，按照开挖顺序删除对应分组内的颗粒，得到隧道开挖后的模型。

17、本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述地下工程稳定性宏细观分析方法。

18、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述地下工程稳定性宏细观分析方法。

19、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

20、本发明首先用flac3d分析连续的隧道开挖网格模型，根据围岩应力云图得到隧道开挖引起的围岩塑性区范围，然后建立连续的围岩网格模型，以隧道围岩损伤范围为依据确定并划分核心区域和非核心区域，然后对该模型的核心区域的边界面进行抓取以创建用来耦合的墙体，随后在核心区域生成pfc颗粒。之后对模型进行地应力平衡，最后将绘制好的几何文件导入模型根据实际需要进行开挖运算。基于该方法在研究隧道开挖过程中，围岩破损特征和隧道变形时的数据结果与传统有限元分析方法对比结果相似，证明了合理性和准确性，同时这种耦合方法可以更好地模拟岩石的非均匀性特点，展现围岩的宏细观损伤。

技术特征：

1.一种地下工程稳定性宏细观分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的地下工程稳定性宏细观分析方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的地下工程稳定性宏细观分析方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的地下工程稳定性宏细观分析方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的地下工程稳定性宏细观分析方法，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的地下工程稳定性宏细观分析方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的地下工程稳定性宏细观分析方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的地下工程稳定性宏细观分析方法，其特征在于，

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至8中任一项所述的地下工程稳定性宏细观分析方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至8任一项所述的地下工程稳定性宏细观分析方法。

技术总结本发明公开了一种地下工程稳定性宏细观分析方法，包括：基于隧道施工连续围岩模型进行有限差分分析，获得核心区域和非核心区域，并拆分获得非核心区域连续网格模型；对非核心区域连续模型的边界面进行抓取，并创建耦合墙体；约束隧道施工连续围岩模型的墙体节点和单元节点，在核心区域内对离散元颗粒进行平衡，获得耦合墙体的接触模型；释放所有节点的约束，对模型施加法向约束，计算模型的受力和变形，平衡模型的地应力；根据模型中的几何文件对待分析区域的单元和颗粒清零，得到隧道开挖后的模型，提取对应的位移和应力云图对地下工程稳定性进行分析。本发明这种耦合方法可以更好地模拟岩石的非均匀性特点，展现围岩的宏细观损伤。技术研发人员：陈云娟,乔元辉,熊远顺,刘效智,丁明旭,赵文彬,敬艺,杨阔,孙全胜,胡赛军受保护的技术使用者：山东建筑大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12