(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 202210997468.7 (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 模拟空间层状结构岩 体力学行为的方法、 装 置、 介质及设备 (57)摘要 公开了模拟空间层状结构岩体力学行为的 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： 获取待模拟空间层状结 构岩体的几何模型； 进行块体切割， 使得块体在 切割后形成的层面相邻两层面之间的间距为m级 尺度， 生成三维非连续变形分析块体， 其中的层 面构成三维非连续变形分析块体的接触边界； 针 对每个三维非连续变形分析块体， 进行等效模型 化处理， 得到三维非连续变形分析块体内包含的 层面， 使得其内包含的层面相邻两层面之间的间 距为cm级尺度； 获取三维非连续变形分析块体的 刚度矩阵； 进行求解和分析， 得到力学行为参数。 该装置、 介质及设备能够用于实现该方法。 其可 以实现对空间层状岩体更为精确 和高效的模拟。 权利要求书7页 说明书16页 附图3页 CN 115329581 A 2022.11.11 CN 115329581 A 1.一种模拟空间层状结构岩体力学 行为的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取待模拟空间层状结构岩体的几何模型； 针对所述待模拟空间层状结构岩体的几何模型进行块体切割， 使得所述块体在切割后 形成的层面相 邻两层面之 间的间距为m级尺度， 生成三 维非连续变形分析块体， 所述三 维非 连续变形分析块体的层面构成所述 三维非连续变形分析块体的接触边界； 针对所述每个三维非连续变形分析块体， 进行模型化处理， 得到所述三维非连续变形 分析块体内包含的层面， 使得所述三 维非连续变形分析块体内包含的层面相 邻两层面之间 的间距为cm级尺度； 针对所述三维非连续变形分析块体涉及的m级尺度层面、 cm级尺度层面进行数学模拟， 获取所述三维非连续变形分析块体的刚度矩阵； 根据所述三维非连续变形分析块体的刚度矩阵进行求解和分析， 得到与所述三维非连 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所述的模拟空间层状结构岩体力学行为的方法， 其特征在于， 所述针 对所述待模拟空间层状结构岩体的几何模型进行块体切割， 使得所述块体在切割后形成的 层面相邻两层面之间的间距为m级尺度， 生成三 维非连续变形分析块体， 所述三维非连续变 形分析块体的层面构成所述三维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所述的模拟空间层状结构岩体力学行为的方法， 其特征在于， 所述针 对每个所述每个三维非连续变形分析块体， 进行模型化处理， 得到所述三维非连续变形分 析块体内包含的层面， 使得所述三维非连续变形分析块体内包含的层面相 邻两层面之 间的 间距为cm级尺度的步骤过程中， 所述模型化处理采用的模型为COSSERAT层状模型， 所述模 型化处理的方法为采用COS SERAT层状模型以宏观等效的方式进行 “隐式”模拟； 其中， 采用COSSERAT层状模型以宏观等效的方式进行 “隐式”模拟的过程中， 所述三维 非连续变形分析块体内包含的层面满足的条件包括： 层状岩 体视为由完整岩石层和分割岩 层的层面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； 层面平直且平行发 育， 并具有相同的力学 特性； 层面间距相等且只有一组层面； 变形与曲率无限小。 4.根据权利要求3所述的模拟空间层状结构岩体力学行为的方法， 其特征在于， 所述 COSSERAT层状模型的数 学模型中各参数包括： 位移‑[u θ ]＝[u1 u2 u3 θ1 θ2 θ3]， 其中， u为平动自由度， θ 为 转动自由度， 在整体坐标系下的应 变‑γ＝[γ11 γ22 γ33 γ23 γ32 γ13 γ31 γ12 γ21]， 在整体坐标系下的曲率 ‑κ ＝[κ11 κ22 κ33 κ23 κ32 κ13 κ31 κ12 κ21]， 应力‑σ ＝[σ11 σ22 σ33 σ23 σ32 σ13 σ31 σ12 σ21]， 力偶‑μ＝[ μ11 μ22 μ33 μ23 μ32 μ13 μ31 μ12 μ21]， 应变表达式 ‑γij＝uj,i‑eijkθk                                         (1a) 曲率表达式 ‑κij＝‑θi,j                                             (1b)。 5.根据权利要求1所述的模拟空间层状结构岩体力学行为的方法， 其特征在于， 所述针 对所述三 维非连续变形分析块体涉及的m级尺度层面、 c m级尺度层面进 行数学模拟， 获取所 述三维非连续变形分析块体的刚度矩阵具体包括以下步骤： 为了能够在3D ‑DDA实现COSSERAT介质模型， 需要将传统DDA块体的变量u进行扩充以包权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 115329581 A 2括转动位移θ， 在块体的位移 函数为一阶完备的多项式的情况下进 行推导。 三 维非连续变形 分析块体内任一点(x,y,z)的具有3个平动位移和3个转动位移， 即(u1,u2,u3, θ1, θ2, θ3)T， 其 一阶函数表达式 记三维非连续变形分析块体内任一 点位移的矩阵表达式为 其中， 位移转换矩阵T如下式所示 [d]为待求 解的未知数系数 [d]＝[a11 a21 a31 a41 a51 a61 a12 a22 a32 a42 a52 a62a13 a23 a33 a43 a53 a63 a14 a24  a34 a44 a54 a64]T                   (5) 由(1)式得 其中 权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 115329581 A 3