(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211003180.X (22)申请日 2022.08.19 (71)申请人 长江水利委员会长江科 学院 地址 430010 湖北省武汉市黄浦大街23号 (72)发明人 卢波　徐栋栋　朱杰兵　汪斌　 胡伟　朱瑜劼　刘小红　曾平　 王复兴　 (74)专利代理 机构 北京市一法律师事务所 11654 专利代理师 杜亚静 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 模拟双组节理岩体力学行为的方法、 装置、 介质及设备 (57)摘要 公开了一种模拟双组节理岩体力学行为的 方法、 装置、 介质及设备， 属于岩石力学数值模拟 技术领域。 该方法包括： 获取待模拟岩石工程结 构的几何模型； 进行块体切割， 使相邻节理之间 的间距为 m级尺度， 生成非连续变形分析块体， 构 成非连续变形分析块体的接触边界； 进行模型化 处理， 得到非连续变形分析块体内包含的双组斜 交节理， 使得 非连续变形分析块体内包含的双组 斜交节理为cm级尺度； 进行数学模拟， 获取非连 续变形分析块体的刚度矩阵； 求解和分析， 得到 与非连续变形分析块体相对应的力学行为参数。 该装置、 介质及设备能够用于实现该方法。 其建 立连续‑非连续耦合的双尺度模型， 从而可以实 现对双组节理岩体更为精确 和高效的模拟。 权利要求书6页 说明书15页 附图3页 CN 115292954 A 2022.11.04 CN 115292954 A 1.一种模拟双组节理岩体力学 行为的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取待模拟 岩石工程结构的几何模型； 针对所述待模拟岩石工程结构的几何模型进行块体切割， 使得切割所得的待模拟岩石 工程结构相 邻节理之 间的间距 为m级尺度， 生 成非连续变形分析块体， 所述 非连续变形分析 块体的节理构成所述非连续变形分析块体的接触边界； 针对所述每个非连续变形分析块体， 进行模型化处理， 得到所述非连续变形分析块体 内包含的双组斜交节理， 使得所述非连续变形分析块体内包含的双组斜交节理为cm级尺 度； 针对所述非连续变形分析块体涉及的m级尺度节 理、 cm级双组斜交节 理进行数学模拟， 获取所述非连续变形分析块体的刚度矩阵； 根据所述非连续变形分析块体的刚度矩阵进行求解和分析， 得到与 所述非连续变形分 析块体相对应的力学 行为参数。 2.根据权利要求1所述的模拟双组节 理岩体力学行为的方法， 其特征在于， 所述针对所 述待模拟岩石工程结构的几何模型进 行块体切割， 使得切割所得的待模拟岩石工程结构相 邻节理之 间的间距 为m级尺度， 生 成非连续变形分析块体， 所述 非连续变形分析块体的节理 构成所述非连续变形分析块体的接触边界的步骤过程中， 所述切割的方法为 “显式”块体切 割方法。 3.根据权利要求1所述的模拟双组节 理岩体力学行为的方法， 其特征在于， 所述针对每 个所述每个非连续变形分析块体， 进行模型化处理， 得到所述非连续变形分析块体内包含 的双组斜交节理， 使得所述 非连续变形分析块体内包含的双组斜交节理为c m级尺度的步骤 过程中， 所述模型化处理采用的模型为非约束转动的COSSERAT介质模型， 所述模型化处理 的方法为采用非约束转动的COS SERAT介质模型以宏观等效的方式进行 “隐式”模拟； 其中， 采用非约束转动的COSSERAT介质模型以宏观等效 的方式进行 “隐式”模拟的步骤 过程中， 所述非连续变形分析块体内包含的双节理岩体满足的条件包括： 双组节理岩体视 为由完整岩石和分割岩体的节理周期性重复所形成的复合结构 体； 岩石层为均质和各向 同 性； 节理组内的节理平直且平行发育， 并具有相同的力学特性； 节理组内的节理间距相等； 变形与曲率都是 无限小。 4.根据权利要求3所述的模拟双组节理岩体力学行为的方法， 其特征在于， 其特征在 于， 所述针对 所述非连续变形分析块体涉及的m级尺度 节理、 cm级双组斜交节理进 行数学模 拟， 获取所述非连续变形分析块体的刚度矩阵具体包括以下步骤： 设所述非连续变形分析块体平动位移分别为u、 v， ωc为转动位移， 则在整体坐标系下的 应变及曲率 为 权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115292954 A 2其中， εx、 εy、 εxy和 εyx为对应于传统正应力和剪应力的应变； κx和 κy是对应于偶应力的变 形， 称为曲率 考虑微元体力与力偶平衡， 有平衡方程如下 上式中fx,fy,m,分别为体积力与体积力偶， mx和my为偶应力； σx、 σy、 σxy和σyx为对应于传 统正应力和剪应力 考察具有两组斜交节理、 节理间距分别d1和d2的岩体， 视为平面问题； oxy为整体坐标系， 局部坐标系ox1y1的x1轴在第一组节理面内， y1轴垂直于第一组节理 面； ox2y2按ox1y1相同的方式定义； φ为两 组节理之间的夹角； β 为第一组节理面和整体坐标 系的夹角， 局部坐标系ox1y1下的弹性矩阵可写为 其中， 为局部坐标系ox1y1下联系正应力、 剪应力与正应变、 剪应变的弹性矩阵； 为ox1y1下联系偶应力和曲率的矩阵， 以[σ*]和[ε*]分别表示ox1y1下传统应力和应变 矢量， 则在ox1y1下有 [ ε*]＝[S*][σ*]                              (4b) 在此， 基于变形等效原则， 可 得到 其中， [S*]为ox1y1下节理岩体的性质矩阵； [Sr]是岩块的性质矩阵； 是oxiyi下第i组 节理对岩体柔度性质的贡献(i＝1,2)； [C1→2]和[C2→1]为转换矩阵， 且有[C2→1]＝[C2→1]T＝ [C1→2]‑1， 其中， 考虑非对称COS SERAT剪应力和剪应 变的关系有权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 115292954 A 3