可破碎碎石的离散元建模方法及装置

本申请涉及岩石工程，特别涉及一种可破碎碎石的离散元建模方法及装置。

背景技术：

1、随着碎石材料被广泛用于堆石坝、采空区充填、机场高填方路基等工程领域，碎石物理力学性质的研究愈发重要。

2、相关技术中，可采用离散元法研究碎石的物理力学性质，可基于现场拍照或ct扫描、三维重构技术等手段建立碎石的真实模型，或基于统计学原理，分析破碎块体的几何分布特征，以随机生成多凸面体模型。

3、然而，相关技术中重构碎块时仅能建立有限的典型特征块体，对数据处理要求较高，耗时较长，难以具体还原真实模型，且生成结果仅满足碎石粒径尺寸统计学分布规律，规则性强，无法反映碎石的真实形态，降低了碎石模拟的真实性，操作过程复杂，亟待解决。

技术实现思路

1、本申请提供一种可破碎碎石的离散元建模方法及装置，以解决相关技术中重构碎块时仅能建立有限的典型特征块体，对数据处理要求较高，耗时较长，难以具体还原真实模型，且生成结果仅满足碎石粒径尺寸统计学分布规律，规则性强，无法反映碎石的真实形态，降低了碎石模拟的真实性，操作过程复杂等问题。

2、本申请第一方面实施例提供一种可破碎碎石的离散元建模方法，包括以下步骤：根据碎石粒径统计数据绘制粒径分布曲线，确定粒径分布规律；按照所述粒径分布曲线，建立符合所述粒径分布规律的完整岩石维诺块体模型；导出所述完整岩石维诺块体模型，并对所述完整岩石维诺块体模型进行四面体剖分，得到维诺块体网格模型；将所述维诺块体网格模型导入离散元程序，按照网格模型的不同属性，建立离散元块体模板；根据所述离散元块体模板建立碎石维诺块体；基于所述碎石维诺块体，生成可破碎的碎石维诺块体。

3、可选地，在本申请的一个实施例中，在根据所述碎石粒径统计数据绘制所述粒径分布曲线之前，还包括：随机选取不同大小的碎石，获得碎石的数字图像；对所述碎石的数字图像进行背景去除和高斯模糊处理；对处理后的图像进行二元处理，放大碎石剖面特征，得到最终图像；从所述最终图像中，提取碎石的边界剖面特征，得到所述碎石的不同粒径的个数统计，生成所述碎石粒径统计数据。

4、具体地，在本申请的一个实施例中，所述导出所述完整岩石维诺块体模型，并对所述完整岩石维诺块体模型进行四面体剖分，得到维诺块体网格模型，包括：将所述完整岩石维诺块体模型导出为stl线框文件，基于模型线框将完整岩石划分为不同的维诺块体，对所述stl线框文件进行四面体剖分，得到所述维诺块体网格模型，并将所述维诺块体网格模型的文件格式调整为目标格式。

5、具体地，在本申请的一个实施例中，所述基于所述碎石维诺块体，生成可破碎的碎石维诺块体，包括：生成均布的小颗粒模型；遍历所述碎石维诺块体的clump单元中所有pebble单元，判断所述小颗粒模型中的ball是否在pebble单元内部，如果在，则ball单元的属性与pebble单元所在的碎石维诺块体属性相同；遍历完所述所有pebble单元后，对所述小颗粒模型赋予参数，并删除所述小颗粒模型中未被赋予属性的ball单元。

6、本申请第二方面实施例提供一种可破碎碎石的离散元建模装置，包括：绘制模块，用于根据碎石粒径统计数据绘制粒径分布曲线，确定粒径分布规律；第一建立模块，用于按照所述粒径分布曲线，建立符合所述粒径分布规律的完整岩石维诺块体模型；剖分模块，用于导出所述完整岩石维诺块体模型，并对所述完整岩石维诺块体模型进行四面体剖分，得到维诺块体网格模型；第二建立模块，用于将所述维诺块体网格模型导入离散元程序，按照网格模型的不同属性，建立离散元块体模板；第三建立模块，用于根据所述离散元块体模板建立碎石维诺块体；建模模块，用于基于所述碎石维诺块体，生成可破碎的碎石维诺块体。

7、可选地，在本申请的一个实施例中，所述绘制模块还包括：选取单元，用于在根据所述碎石粒径统计数据绘制所述粒径分布曲线之前，随机选取不同大小的碎石，获得碎石的数字图像；处理单元，用于对所述碎石的数字图像进行背景去除和高斯模糊处理；放大单元，用于对处理后的图像进行二元处理，放大碎石剖面特征，得到最终图像；统计单元，用于从所述最终图像中，提取碎石的边界剖面特征，得到所述碎石的不同粒径的个数统计，生成所述碎石粒径统计数据。

8、具体地，在本申请的一个实施例中，所述剖分模块包括：划分单元，用于将所述完整岩石维诺块体模型导出为stl线框文件，基于模型线框将完整岩石划分为不同的维诺块体，调整单元，用于对所述stl线框文件进行四面体剖分，得到所述维诺块体网格模型，并将所述维诺块体网格模型的文件格式调整为目标格式。

9、具体地，在本申请的一个实施例中，所述建模模块包括：生成单元，用于生成均布的小颗粒模型；判断单元，用于遍历所述碎石维诺块体的clump单元中所有pebble单元，判断所述小颗粒模型中的ball是否在pebble单元内部，如果在，则ball单元的属性与pebble单元所在的碎石维诺块体属性相同；赋值单元，用于在遍历完所述所有pebble单元后，对所述小颗粒模型赋予参数，并删除所述小颗粒模型中未被赋予属性的ball单元。

10、本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的可破碎碎石的离散元建模方法。

11、本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的可破碎碎石的离散元建模方法。

12、本申请实施例可以根据粒径分布规律建立岩石维诺块体模型，并通过离散化手段生成可破碎的碎石维诺块体，从而获取能够反映碎石形状特性、描述碎石粒径统计分布规律并模拟碎石可破碎性的离散元模型，提高了模拟结果的真实性，降低了模拟过程中计算量，更加高效实用。由此，解决了相关技术中重构碎块时仅能建立有限的典型特征块体，对数据处理要求较高，耗时较长，难以具体还原真实模型，且生成结果仅满足碎石粒径尺寸统计学分布规律，规则性强，无法反映碎石的真实形态，降低了碎石模拟的真实性，操作过程复杂等问题。

13、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种可破碎碎石的离散元建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述碎石粒径统计数据绘制所述粒径分布曲线之前，还包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导出所述完整岩石维诺块体模型，并对所述完整岩石维诺块体模型进行四面体剖分，得到维诺块体网格模型，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述碎石维诺块体，生成可破碎的碎石维诺块体，包括：

5.一种可破碎碎石的离散元建模装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述绘制模块还包括：

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述剖分模块包括：

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述建模模块包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-4任一项所述的可破碎碎石的离散元建模方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-4任一项所述的可破碎碎石的离散元建模方法。

技术总结
本申请涉及岩石工程技术领域，特别涉及一种可破碎碎石的离散元建模方法及装置，其中，根据碎石粒径统计数据绘制粒径分布曲线，确定粒径分布规律，并建立符合粒径分布规律的完整岩石维诺块体模型,导出完整岩石维诺块体模型后对完整岩石维诺块体模型进行四面体剖分，得到维诺块体网格模型，将维诺块体网格模型导入离散元程序，按照网格模型的不同属性，建立离散元块体模板，根据离散元块体模板建立碎石维诺块体，进而生成可破碎的碎石维诺块体。本申请实施例可以获取能够反映碎石形状特性、描述碎石粒径统计分布规律并模拟碎石可破碎性的离散元模型，从而提高了模拟结果的真实性，降低了模拟过程中计算量，更加便捷实用。

技术研发人员：张兹钰,徐能雄,秦严,赵昀昀,王海,郭超,张利民,马秋红
受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13