一种岩石随机多裂隙PFC2D颗粒流建模方法

本发明设计一种岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法。

背景技术：

1、自然中的岩石裂隙对工程岩体的变形破坏有较大影响，为便于数值模拟计算研究，一般将裂隙简化为一条直线，并开展数值模拟计算，而工程实践中裂隙存在一定的起伏而不是一条直线，采用直线模拟自然中的裂隙获得的数值模拟计算结果与工程实践势必产生一定差距，对工程实践指导意义有限。目前，在pfc2d建模过程中，模拟岩体中的裂隙一般是采用删除颗粒的方式，裂隙的形态也以直线为主，而不规则裂隙定量及建模存在较大难度。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种简单可行的岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法。

2、本发明解决上述问题的技术方案是：一种岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，包括以下步骤：

3、步骤一：完整颗粒流模型及颗粒信息导出；

4、步骤二：随机多裂隙产生；

5、步骤三：随机多裂隙pfc2d颗粒流模型产生。

6、上述岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，所述步骤一具体过程为：先采用pfc2d产生完整岩石模型，模型大小为150mm×150mm，并采用pfc2d内置的fish语言实现完整岩石颗粒流变模型所有颗粒的id号、x坐标值、y坐标值及颗粒的半径值，并将所有颗粒的输出结果保存在txt文件中，为后续建模准备数据。

7、上述岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，所述步骤二具体过程为：

8、2-1)设定产生随机曲线粗糙度的范围；

9、2-2)基于brownian运动产生随机曲线，采用hurst指数独立分割方法构成一条随机曲线，并计算产生随机曲线的粗糙度值；

10、2-3)判断计算出的粗糙度值是不是在指定范围，若不是，则重复上述步骤2-2)，直至产生出指定粗糙度值范围的随机曲线；

11、2-4)重复采用上述步骤2-2)至2-3)，产生m条随机曲线，且粗糙度值均在指定范围；

12、2-5)将产生的随机曲线以曲线中心点为基准点旋转一定角度θ；

13、2-6)将步骤2-4)中生成的m条随机曲线平移至模型的相应位置，得到移动后的随机裂隙模型。

14、上述岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，所述步骤2-2)中，采用hurst指数独立分割方法构成一条随机曲线的过程为：

15、2-2-1)设初始曲线为一条直线；

16、2-2-2)用随机点p分割该直线；

17、2-2-3)在p点两侧，用等分距δx等分直线；

18、2-2-4)在随机曲线上下波动量为p(x)，p(x)表示为：

19、

20、p(x)为波动方向各等分点相对于前一等分点的偏移量，x为等分点到分割点p的距离，r为正态分布随机数，w为与振幅有关的参数；h为hurst指数。

21、上述岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，所述步骤2-2)中，粗糙度jrc计算公式如下：

22、jrc＝32.2+32.47logz2                      (2)

23、上式中z2为一阶导数均方根，l为随机曲线长度。

24、上述岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，所述步骤2-5)中，随机曲线上各点旋转公式如下：

25、

26、上式中，x旋转、y旋转为随机曲线上坐标旋转后的坐标，x初始、x初始为随机曲线上坐标旋转前点的坐标，x中心、y中心为旋转中心点的坐标，θ为旋转角度。

27、上述岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，所述步骤2-6)中，平移后曲线上各点坐标为：

28、

29、上式中x移动、y移动为移动后曲线上的坐标点，x初始-中心、y初始-中心为曲线移动前的中心坐标点，x移动-中心、y移动-中心为移动后曲线的中心坐标点，x初始、y初始为移动前曲线上的坐标点。

30、上述岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，所述步骤三具体过程为：

31、3-1)基于步骤2-6)中产生的裂隙模型，裂隙模型中每一条随机曲线上均匀选取n个不重复的坐标点，因此m条随机裂隙曲线共产生m*n个随机裂隙点；

32、3-2)将m*n个裂隙与pfc2d完整模型颗粒流模型中获取所有颗粒id号、x坐标、y坐标及颗粒半径进行比对；

33、3-3)当某颗粒中心坐标与随机裂隙点距离小于该颗粒半径时，则认为随机裂隙点位于颗粒内部时，该颗粒将被删除，并将该颗粒id号以‘ball delete range id球颗粒id号’格式保存于txt文件中；

34、3-4)采用pfc2d调用完整颗粒模型，并调用删除颗粒txt文件，将产生含随机裂隙模型的pfc2d颗粒流模型。

35、上述岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，所述步骤3-2)中，对比的公式为：

36、

37、式中dis表示随机裂隙上选取的点与颗粒中心坐标的距离，xball、yball为pfc2d颗粒中心坐标点，xpoint、ypoint为随机曲线上选取的点。

38、本发明的有益效果在于：本发明首先基于pfc2d颗粒流完整模型，采用pfc2d内置编程语言，输出pfc2d颗粒流完整模型x坐标值、y坐标值及颗粒的半径；然后基于pfc2d颗粒流完整模型，采用brownian运动原理产生多条随机曲线，计算每条曲线的粗糙度值，并对随机曲线进行旋转、移动到指定位置，在生成随机曲线生产生均匀的点；最后通过比对随机曲线上产生的点与pfc2d所有颗粒位置中心坐标点进行比较，当随机曲线上的点与该颗粒直接的距离小于该颗粒半径时，则该颗粒删除，采用该方法，从而生成随机裂隙pfc2d颗粒流模型。本发明能产生符合工程实践的岩石裂隙模型，能获取最能含自然裂隙的工程岩体，为裂隙岩体力学研究提供一种新的数值模型建模方法。

技术特征：

1.一种岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，其特征在于，所述步骤一具体过程为：先采用pfc2d产生完整岩石模型，模型大小为150mm×150mm，并采用pfc2d内置的fish语言实现完整岩石颗粒流变模型所有颗粒的id号、x坐标值、y坐标值及颗粒的半径值，并将所有颗粒的输出结果保存在txt文件中，为后续建模准备数据。

3.根据权利要求1所述的岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，其特征在于，所述步骤二具体过程为：

4.根据权利要求3所述的岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，其特征在于，所述步骤2-2)中，采用hurst指数独立分割方法构成一条随机曲线的过程为：

5.根据权利要求3所述的岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，其特征在于，所述步骤2-2)中，粗糙度jrc计算公式如下：

6.根据权利要求3所述的岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，其特征在于，所述步骤2-5)中，随机曲线上各点旋转公式如下：

7.根据权利要求3所述的岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，其特征在于，所述步骤2-6)中，平移后曲线上各点坐标为：

8.根据权利要求3所述的岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，其特征在于，所述步骤三具体过程为：

9.根据权利要求8所述的岩石随机多裂隙pfc2d颗粒流建模方法，其特征在于，所述步骤3-2)中，对比的公式为：

技术总结
本发明公开了一种岩石随机多裂隙PFC2D颗粒流建模方法，首先基于PFC2D颗粒流完整模型，采用PFC2D内置编程语言，输出PFC2D颗粒流完整模型x坐标值、y坐标值及颗粒的半径；然后基于PFC2D颗粒流完整模型，采用Brownian运动原理产生多条随机曲线，计算每条曲线的粗糙度值，并对随机曲线进行旋转、移动到指定位置，在生成随机曲线生产生均匀的点；最后通过比对随机曲线上产生的点与PFC2D所有颗粒位置中心坐标点进行比较，当随机曲线上的点与该颗粒直接的距离小于该颗粒半径时，则该颗粒删除，采用该方法，从而生成随机裂隙PFC2D颗粒流模型。

技术研发人员：王敏,万文,赵延林
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29