一種生成不同土石混合比的數(shù)值試驗(yàn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種生成不同土石混合比的數(shù)值試驗(yàn)方法，首先生成單元數(shù)是N*N的Flac3d模型。確定土石混合比后，將初始的模型單元分為由土體和石塊組成，并將其寫(xiě)入到Flac3d計(jì)算文件中去。采用Flac3d軟件進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)軸向荷載和軸向位移模擬試驗(yàn)曲線。本發(fā)明不僅可以解決模型建立問(wèn)題，克服真實(shí)試驗(yàn)參數(shù)研究中取樣困難、試樣擾動(dòng)、結(jié)果離散性大等問(wèn)題，同時(shí)具有采用有限差分法建模方便、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)，可以很好地為工程數(shù)值模擬提供服務(wù)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種生成不同±石混合比的數(shù)值試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于±木工程數(shù)值分析領(lǐng)域，具體設(shè)及一種生成不同±石混合比的數(shù)值試 驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 堆積體屬于一種非連續(xù)、不均勻的二元介質(zhì)，它是介于±體與巖體之間的一種特 殊地質(zhì)體，目前人們對(duì)于它的研究還處于探索之中。堆積體力學(xué)性質(zhì)不僅取決于±與石的 物理力學(xué)特性，更受控于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，諸如±石混合比、石塊級(jí)配、石塊形狀、石塊傾向 等因素均對(duì)堆積體力學(xué)性能有較大影響。而實(shí)驗(yàn)室確定堆積體物理力學(xué)參數(shù)存在取樣擾 動(dòng)、各試樣±石混合特征不一致、實(shí)驗(yàn)誤差大等缺點(diǎn)，造成試驗(yàn)結(jié)果離散性較大，規(guī)律性不 強(qiáng)。更重要的，實(shí)驗(yàn)室試塊受尺度限制，不能很好的反映±石混合特征對(duì)堆積體物理力學(xué)性 質(zhì)的影響。
[0003] 通過(guò)數(shù)值方法研究堆積體參數(shù)近年來(lái)發(fā)展比較迅速，該類(lèi)方法能很好的克服真實(shí) 試驗(yàn)參數(shù)研究中取樣困難、試樣擾動(dòng)、結(jié)果離散性大、試驗(yàn)尺度相較于堆積體內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺度 偏小等問(wèn)題。數(shù)值方法研究堆積體參數(shù)存在兩大問(wèn)題：（1)模型建立問(wèn)題，即根據(jù)堆積體各 項(xiàng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)（如:±石混合比、石塊級(jí)配、石塊形狀、石塊傾向等）生成符合數(shù)值試驗(yàn)要 求的堆積體試塊;（2)采用何種數(shù)值計(jì)算手段模擬真實(shí)的堆積體參數(shù)試驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種生成不同±石混合比的數(shù)值試驗(yàn)方法， 建模方便，收斂速度快。
[0005] 本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0006] -種生成不同±石混合比的數(shù)值試驗(yàn)方法，包括W下步驟：
[0007] 第一步:生成單元數(shù)是N*N的Flac3d模型：定義模型單元數(shù)是由N*N個(gè)方格構(gòu)成，模 型的尺寸為l*l*l/N(m)，對(duì)單元結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和每個(gè)單元對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)并賦初始值，將 賦值完成的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)寫(xiě)入文件化ac化re. f lac3d中；
[000引第二步:將初始的模型單元分為由±體和石塊組成，并依次將結(jié)點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的坐 標(biāo)、單元及其對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)編號(hào)寫(xiě)入Flac3d計(jì)算文件中，生成不同±石混合比的數(shù)值模型；
[0009] 第=步:將構(gòu)建好的Flac3d文件導(dǎo)入Flac3d軟件，進(jìn)行分組，并對(duì)分組后的模型賦 參數(shù)，設(shè)置邊界條件，將模型的y方向頂部和底部進(jìn)行約束，然后施加圍壓，按位移方式進(jìn)行 加載，統(tǒng)計(jì)每一計(jì)算步中軸向荷載和軸向位移，模擬試驗(yàn)曲線。
[0010] 作為優(yōu)選，第一步對(duì)模型單元和結(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)包括W下步驟:單元編號(hào)是從最底 層開(kāi)始從左至右依次增大，則第j行i列的單元號(hào)是N*j+i，每個(gè)單元對(duì)應(yīng)8結(jié)點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的坐 標(biāo)是 N*(j-l)+i，N*(j-l)+i+l;N*(j-l)+i+N，N*(j-l)+i+N+l，N*N+N*(j-l)+i，N*N+N*(j-l) +i+l，N^+N*(j-l)+i+N，N^+N*(j-l)+i+r^+l。
[0011] 作為優(yōu)選，第一步對(duì)模型主視圖上單元結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行賦值包括W下步驟:設(shè)置第j 行 i列的結(jié)點(diǎn)x，y，z坐標(biāo)分別是 1.0*i/(N-l)，a[N*j+i]U] = 1.0*j/(N-l)，aW*j+i][2] = 0.0,對(duì)模型背面上單元結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行賦值，其規(guī)律特點(diǎn)是第j行i列的結(jié)點(diǎn)x，y，z坐標(biāo)分別 是 1.0*i/(N-l)，a[N*j+i][l] = 1.0*j/(N-l)，a[N*j+i][2] = 1.0/(N-l)。
[0012]作為優(yōu)選，第二步是在Flac3d模型上隨機(jī)挑選出sum個(gè)單元，將其屬性定義為± 體，通過(guò)改變S皿的值改變±石混合比，生成不同的數(shù)值模型。
[0013]作為優(yōu)選，第S步采用mo虹-coulomb本構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。
[0014] 有益效果：本發(fā)明通過(guò)確定±石混合比，快速生成不同±石混合比模型，并通過(guò) Flac3d進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)?zāi)M，不僅可W解決模型建立問(wèn)題，克服真實(shí)試驗(yàn)參數(shù)研究中取樣困 難、試樣擾動(dòng)、結(jié)果離散性大等問(wèn)題，同時(shí)采用有限差分法建模方便、收斂速度快。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的設(shè)計(jì)流程圖；
[0016] 圖2是Flac3d六面塊體網(wǎng)格；
[0017] 圖3是±石混合體含石量為50 %模型圖；
[0018] 圖4是±石混合體含石量為60%模型圖；
[0019] 圖5是±石混合體含石量為90 %模型圖；
[0020] 圖6是不同±石混合比軸向應(yīng)力和軸向應(yīng)變關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0022] -種生成不同±石混合比的數(shù)值試驗(yàn)方法，如圖1所示，包括W下步驟：
[0023] 第一步:生成單元數(shù)是N*N的Flac3d模型，模型的尺寸為l*l*l/N(m)。具體如下：
[0024] a對(duì)模型單元和結(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，單元編號(hào)規(guī)律是從最底層開(kāi)始從左至右依次增大， 則第j行i列的單元號(hào)是N* j+i，每個(gè)單元對(duì)應(yīng)8結(jié)點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)是N* (j-1)+i，N* (j-1)+i +l;N*(j-l)+i+N，N*(j-l)+i+N+l，N*N+N*(j-l)+i，N*N+N*(j-l)+i+l，N*N+N*(j-l)+i+N，N* 化卿（j-l)+i+化 I;
[0025] b對(duì)模型主視圖上單元結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行賦值，其規(guī)律特點(diǎn)是第j行i列的結(jié)點(diǎn)x，y，z坐 標(biāo)分別是 l.〇*i/(N-l)，a陽(yáng)*j+i][l] = 1.0*j/(N-l)，a[N*j+i][2]=0.0，對(duì)模型背面上單 元結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行賦值，其規(guī)律特點(diǎn)是第j行i列的結(jié)點(diǎn)x，y，z坐標(biāo)分別是1.0*i/(N-l)，a陽(yáng)*j +i][l] = 1.0*j/(N-l)，a[N*j+i][2] = 1.0/(N-l)。
[0026] 上述步驟采用打吾言編程完成，如圖2所示，F(xiàn)lac3d模型結(jié)點(diǎn)有獨(dú)特的排列格式，對(duì) 單元結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和每個(gè)單元對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)賦初始值，用數(shù)組a[2*N*N] [3] = {0巧日node陽(yáng)*N] [8] =W表示。
[0027] 首先對(duì)模型主視圖上單元結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行賦值，其編程如下：
[0028
[0029
[0030
[0031
[0032] 最后，將賦值完成的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)寫(xiě)入文件Frac化re.flac3d中，由于Flac3d有著自己 的數(shù)據(jù)格式，編程完成如下：
[0033
[0034
[0035] 第二步:將初始的模型單元分為由±體和石塊組成，并將其寫(xiě)入Flac3d計(jì)算文件 中，通過(guò)改變S皿的值可W改變±石混合比，生成不同±石混合比的數(shù)值模型。具體如下：
[0036] 首先寫(xiě)入結(jié)點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，然后寫(xiě)入單元及其對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)編號(hào)，最后進(jìn)行分 組，確定±石混合比，采用隨機(jī)分布進(jìn)行分組(在第一步生成的模型基礎(chǔ)上隨機(jī)挑選出sum 個(gè)單元，在后續(xù)的處理中將其屬性定義為±體），為避免重復(fù)選取單元，使用遞歸思想將重 復(fù)的單元重新選取。
[0037] 具體編程如下：
[0038
[0039]
[0040] 第=步:將構(gòu)建好的Flac3d文件導(dǎo)入Flac3d軟件，采用Flac3d軟件進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)， 通過(guò)統(tǒng)計(jì)軸向荷載和軸向位移模擬試驗(yàn)曲線。具體如下：
[0041] 首先將FLAC3d文件導(dǎo)入模型FLAC3d軟件中，進(jìn)行分組，并對(duì)分組后的模型賦參數(shù)。 選取用mo虹-coulomb本構(gòu)模型。
[0042] 然后設(shè)置邊界條件，將模型的y方向頂部和底部進(jìn)行約束，然后施加圍壓，按位移 方式進(jìn)行加載。
[0043] 最后統(tǒng)計(jì)每一計(jì)算步中軸向荷載和軸向位移，繪制出應(yīng)力~位移試驗(yàn)曲線。
[0044] 應(yīng)用實(shí)例：將上述方法應(yīng)用到±石混合體模型，其中石塊的參數(shù)為：體積模量 25Gpa，剪切模量12Gpa，密度2900kg/m3，黏聚力為4Gpa，摩擦角45°，抗拉強(qiáng)度2Mpa，剪脹角 15° ;±體的參數(shù)為:體積模量40Mpa，剪切模量15Mpa，密度2200kg/m3，黏聚力為0.0 SMpa，摩 擦角28°，抗拉強(qiáng)度9Kpa，剪脹角10°。
[0045] 具體步驟如下：
[0046] (1)按上述方法通過(guò)打吾言編程生成不同±石混合比模型。
[0047] (2)將生成的模型導(dǎo)入Flac3d軟件，采用mohr-coulomb本拘模型，加載速率為5* l(T5m/step加載。計(jì)算過(guò)程中，統(tǒng)計(jì)軸向荷載和軸向位移。如圖3-5所示，分別是±石混合體 含石量為50 %、60 %和90 %的模型圖。
[0048] (3)將步驟(2)的結(jié)果出圖顯示，如圖6所示，顯示軸向應(yīng)力~軸向應(yīng)變關(guān)系。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種生成不同土石混合比的數(shù)值試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟： 第一步:生成單元數(shù)是N*N的Flac3d模型：定義模型單元數(shù)是由N*N個(gè)方格構(gòu)成，模型的 尺寸為l*l*l/N(m)，對(duì)單元結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和每個(gè)單元對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)并賦初始值，將賦值 完成的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)寫(xiě)入文件Fracture · flac3d中； 第二步:將初始的模型單元分為由土體和石塊組成，并依次將結(jié)點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)、單 元及其對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)編號(hào)寫(xiě)入Flac3d計(jì)算文件中，生成不同土石混合比的數(shù)值模型； 第三步：將構(gòu)建好的Flac3d文件導(dǎo)入Flac3d軟件，進(jìn)行分組，并對(duì)分組后的模型賦參 數(shù)，設(shè)置邊界條件，將模型的y方向頂部和底部進(jìn)行約束，然后施加圍壓，按位移方式進(jìn)行加 載，統(tǒng)計(jì)每一計(jì)算步中軸向荷載和軸向位移，模擬試驗(yàn)曲線。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生成不同土石混合比的數(shù)值試驗(yàn)方法，其特征在于，第一步對(duì) 模型單元和結(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)包括以下步驟:單元編號(hào)是從最底層開(kāi)始從左至右依次增大，則 第j行i列的單元號(hào)是N*j+i，每個(gè)單元對(duì)應(yīng)8結(jié)點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)是N*( j-l)+i，N*( j-l)+i+ l;N*(j-l)+i+N，N*(j-l)+i+N+l，N*N+N*(j-l)+i，N*N+N*(j-l)+i+l，N*N+N*(j-l)+i+N，N*N +N*(j_l)+i+N+l。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的生成不同土石混合比的數(shù)值試驗(yàn)方法，其特征在于，第一步對(duì) 模型主視圖上單元結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行賦值包括以下步驟:設(shè)置第j行i列的結(jié)點(diǎn)x，y，z坐標(biāo)分別 是1.0*i/(N-l)，a[N*j+i][l] = l .0*j/(N-l)，a[N*j+i][2]=0.0,對(duì)模型背面上單元結(jié)點(diǎn) 坐標(biāo)進(jìn)行賦值，其規(guī)律特點(diǎn)是第]_行1列的結(jié)點(diǎn)x，y，z坐標(biāo)分別是1.0*i/(N-l)，a[N*j+i][l] = 1.0*j/(N-l)，a[N*j+i][2] = 1.0/(N-l)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生成不同土石混合比的數(shù)值試驗(yàn)方法，其特征在于，第二步是 在Flac3d模型上隨機(jī)挑選出sum個(gè)單元，將其屬性定義為土體，通過(guò)改變sum的值改變土石 混合比，生成不同的數(shù)值模型。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生成不同土石混合比的數(shù)值試驗(yàn)方法，其特征在于，第三步采 用mohr-coulomb本構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105956314SQ201610323741
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】王蘇生, 徐衛(wèi)亞, 王如賓, 孫夢(mèng)成, 林志南
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)