一种岩石吸水软化效应颗粒离散元模拟方法、装置及存储介质

本发明属于岩石吸水软化效应模拟，具体涉及一种岩石吸水软化效应颗粒离散元模拟方法、装置及存储介质。

背景技术：

1、岩体常赋存于富水环境中，如引水隧洞、库岸边坡以及坝基岩体等。在水的作用下，天然状态下的坚硬岩石会发生各种变化，在细观层面上主要表现为矿物结构的崩解溶蚀，在宏观层面上体现为岩石强度和弹性模量等宏观力学性质的劣化。因此，吸水软化效应是导致工程岩体发生失稳破坏的重要原因之一。

2、对于岩石的吸水软化效应，往往采用室内试验和数值模拟的手段进行研究。对于室内试验，由于所采集岩石试样内部的不均匀性，试验结果容易出现离散的现象；由于无法提前预知吸水规律，岩石的吸水量无法控制，导致难以获取特定吸水率下岩石力学性能的劣化规律；此外，在实验中岩石内部的裂纹产生发展难以观测和实时记录，不利于掌握岩石变形破坏的演化规律。在数值模拟方法中通常采用颗粒离散元法进行建模，其构建的模型具有可复制性，可随时调出模型在变形过程中的特定状态，能很好地克服室内试验的缺陷。

3、目前，颗粒离散元模拟主要采用的是整体或随机强度折减法对不同吸水状态的岩体软化效应进行表征，但存在3个方面的问题：(1)仅调节细观力学参数使模型在力学性质上与试验的劣化规律相趋近，并未在数值模型中体现出与试验对应的吸水率和细观矿物胶结的吸水状态；(2)对于不同吸水状态下的矿物胶结，其强度劣化规律有所差异，而基于整体强度折减法建立的数值模型不能体现出不均匀吸水所造成的细观力学性能劣化效应；(3)标准岩样吸水软化是从岩体表层至内部渐进式递减的过程，而随机强度折减法存在离散性，不能反映这种吸水软化效应。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种岩石吸水软化效应颗粒离散元模拟方法、装置及存储介质。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种岩石吸水软化效应颗粒离散元模拟方法，所述方法包括步骤：

3、构建岩石吸水软化模型；

4、标定所述岩石吸水软化模型的细观力学参数；

5、划分所述岩石吸水软化模型的干燥区、非饱和区和饱和区；

6、标定所述岩石吸水软化模型的细观参数：

7、对所述岩石吸水软化模型进行岩石吸水软化离散元模拟。

8、优选地，所述构建岩石吸水软化模型包括步骤：

9、获取标准岩样情况；

10、根据所述标准岩样情况构建离散元数值岩样模型；

11、获取标准岩样矿物成分情况；

12、根据所述标准岩样矿物成分情况在所述离散元数值岩样模型中随机生成球体颗粒；

13、获取标准岩样中矿物间的胶结物情况；

14、根据所述胶结物情况在所述球体颗粒之间随机生成平行粘结模型；

15、对所述平行粘结模型赋以细观参数。

16、优选地，所述对所述平行粘结模型赋以细观参数包括步骤：

17、对所述平行粘结模型赋以细观力学参数；

18、对所述平行粘结模型赋以细观吸水软化参数。

19、优选地，所述对所述平行粘结模型赋以细观力学参数包括步骤：

20、对所述平行粘结模型赋以刚度比；

21、对所述平行粘结模型赋以接触模量；

22、对所述平行粘结模型赋以平行粘结模量；

23、对所述平行粘结模型赋以平行粘结法向强度；

24、对所述平行粘结模型赋以平行粘结内聚力。

25、优选地，所述对所述平行粘结模型赋以细观吸水软化参数包括步骤：

26、对所述平行粘结模型赋以细观饱水系数；

27、对所述平行粘结模型赋以吸水区域比例；

28、对所述平行粘结模型赋以细观吸水软化准则。

29、优选地，所述标定所述岩石吸水软化模型的细观力学参数包括步骤：

30、获取标准岩样在室内单轴压缩试验中干燥状态下的第一弹性模量和第一单轴抗压强度；

31、获取标准岩样在室内单轴压缩试验中饱和状态下的第二弹性模量和第二单轴抗压强度；

32、获取第一误差、第二误差、第三误差和第四误差；

33、根据所述第一弹性模量和所述第一误差计算第三弹性模量；

34、根据所述第一单轴抗压强度和所述第二误差计算第三单轴抗压强度；

35、根据所述第二弹性模量和所述第三误差计算第四弹性模量；

36、根据所述第二单轴抗压强度和所述第四误差计算第四单轴抗压强度；

37、将所述第三弹性模量和所述第三单轴抗压强度标定为所述岩石吸水软化模型在干燥状态下的干燥态细观力学参数；

38、将所述第四弹性模量和所述第四单轴抗压强度标定为所述岩石吸水软化模型在饱和状态下的饱和态细观力学参数。

39、优选地，所述标定所述岩石吸水软化模型的细观参数包括步骤：

40、获取细观吸水软化表达式和细观吸水软化因子-细观饱水系数表达式；

41、获取标准岩样在室内单轴压缩试验中不同吸水状态下的力学参数；

42、根据所述力学参数、所述细观吸水软化表达式和所述细观吸水软化因子-细观饱水系数表达式标定所述细观参数。

43、本技术还提供了一种岩石吸水软化效应颗粒离散元模拟装置，所述装置包括：

44、岩石吸水软化模型构建模块，用于构建岩石吸水软化模型；

45、细观力学参数标定模块，用于标定所述岩石吸水软化模型的细观力学参数；

46、区域划分模块，用于划分所述岩石吸水软化模型的干燥区、非饱和区和饱和区；

47、细观吸水软化表达式设定模块，用于标定所述岩石吸水软化模型的细观参数：

48、岩石吸水软化离散元模拟模块，用于对所述岩石吸水软化模型进行岩石吸水软化离散元模拟。

49、本技术还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

50、至少一个处理器；以及，

51、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

52、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述任一所述岩石吸水软化效应颗粒离散元模拟方法。

53、本技术还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行前述任一所述岩石吸水软化效应颗粒离散元模拟方法。

54、本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本技术提供的一种岩石吸水软化效应颗粒离散元模拟方法、装置及存储介质，实现了与岩石吸水率相关的细观力学性能劣化效应模拟，在离散元数值岩样模型中体现出与室内试验对应的吸水率；通过调节模型干燥区、非饱和区和饱和区3个区域的占比，可以得出特定吸水率下的数值岩样模型，弥补了室内试验中岩石吸水过程不可控的缺陷；通过细观饱水系数在细观层面上对每一个颗粒粘结的吸水状态进行表征，实现了数值精细化建模，能更为本质地反映岩石的吸水软化特征；可应用于富水环境下工程岩体力学参数劣化过程的模拟，具有良好的工程应用前景；能体现出不同吸水状态下水对岩石力学参数的劣化规律，可作为富水环境下岩体工程稳定性评价的依据。