CN108170959B - 基于离散元的岩体力学响应数值分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的基于离散元的岩体力学响应数值分析方法及装置，通过三角形块体粘结集合体来模拟岩石，在其中引入离散裂隙网格来模拟岩体，在三角体之间粘结所遭受力的情况可以分析出剪切或拉伸两种破坏，克服了传统多边形单元高估岩石摩擦角、岩石破坏网格定势等缺点，可以显式模拟岩体破坏过程裂纹的起裂、扩展、贯通的全过程及其与原生结构面的相互作用，对裂纹的大小、方向进行追踪监测和定量评估，准确捕捉岩体在不同应力环境中不同的破坏类型，在岩石力学基础试验、地下空间开挖诱导围岩破坏机理、动压回采巷道围岩不连续扩容变形、深井巷道大变形、锚杆应力场及支护作用机理、岩爆及冲击地压发生机理、长臂工作面上覆岩层垮落等方面具有广泛、深入应用。

Description

基于离散元的岩体力学响应数值分析方法及装置

技术领域

本发明涉及岩体工程与采矿工程计算机辅助设计技术领域，尤其涉及一种基于离散元的岩体力学响应数值分析方法及装置。

背景技术

岩体工程和采矿工程所面临的最主要问题是对岩体在不同应力环境中的响应进行准确的评估。岩体有岩石和不连续结构面(如层理、节理、断层等)组成，作为一种复杂的材料，岩体通常表现为非弹性、非连续、非均质及各项异性的特点。当前工程中对岩体力学响应评估的主要方法是采用基于经验的岩体分类系统，如RMR、Q、GSI等，这些方法帮助人们解决了很多工程实际问题。然而，使用上述方法的一个基本前提条件是假设岩体是连续体且各项同性，很多工程岩体并不满足这个前提条件。

过去20年中，随着计算机软、硬件的飞速发展，数值模拟方法已经被广泛地应用于评估复杂岩体的力学响应、研究岩体变形和破坏机理。常用的数值模拟方法主要边界元、有限元、有限差分和离散元等。其中边界元、有限元和有限差分方法主要适用于假设岩体是连续体的情况，不能很好地考虑岩体的非连续性及不连续结构面对岩体力学性质起控制性作用的影响。离散元方法具有将岩体视为不连续体的天然属性，可以显式地考虑不连续结构面，模拟其张开、滑移、断裂等岩体典型的非连续性变形破坏特征。

目前使用最普遍的离散元软件要数美国ITASCA公司的UDEC，其Voronoi建模模块可以将岩体看做被不连续结构面切割的多边形块体的集合体，这种方法不仅可以模拟岩体内的原生结构面的张开与滑移，还可以模拟结构面中间岩石的裂纹扩展与破坏。然而，现有的研究表明，这种将岩石看作多边形块体集合体的方法存在高估岩体内摩擦角的缺点，而且岩石的破坏路径易于被多边形块体的集合方式所控制。

发明内容

本发明提供一种基于离散元的岩体力学响应数值分析方法及装置，用于解决现有技术中存在高估岩体内摩擦角的缺点，而且岩石的破坏路径易于被多边形块体的集合方式所控制的问题。

第一方面，本发明提供一种基于离散元的岩体力学响应数值分析方法，包括：

获取多边形单元网格化的岩石模型，将所述岩体模型中每个多边形单元切割为多个三角形单元，形成三角形单元网格化的岩石模型；

根据岩体不连续结构面的几何产状信息生成离散裂隙网格，根据所述离散裂隙网格对三角形单元网格化的岩石模型进行模拟，形成具有不连续结构面的岩体模型；

对所述岩体模型中的三角形块体之间的线接触粘结进行力学参数赋值，所述力学参数包括刚度参数和强度参数；

获取对三角形块体之间进行剪切和拉伸的模拟值，并根据所述模拟值、所述力学参数和预设的分析公式获得三角形块体之间的线接触粘结的拉应力和剪应力；

根据所述拉应力、剪应力和强度参数进行比较，获得比较结果，并根据比较结果判断三角形块体之间的线接触粘结的破坏状态。

第二方面，本发明实施例提供一种基于离散元的岩体力学响应数值分析装置，包括：

划分模块，用于获取多边形单元网格化的岩石模型，将所述岩石模型中每个多边形单元切割为多个三角形单元，形成三角形单元网格化的岩石模型；

模拟模块，用于根据岩体不连续结构面的几何产状信息生成离散裂隙网格，根据所述离散裂隙网格对三角形单元网格化的岩石模型进行模拟，形成具有不连续结构面的岩体模型；

接收模块，用于对所述岩体模型中的三角形块体之间的线接触粘结进行力学参数赋值，所述力学参数包括刚度参数和强度参数；

计算模块，用于获取对三角形块体之间进行剪切和拉伸的模拟值，并根据所述模拟值、所述力学参数和预设的分析公式获得三角形块体之间的线接触粘结的拉应力和剪应力；

判断模块，用于根据所述拉应力、剪应力和强度参数进行比较，获得比较结果，并根据比较结果判断三角形块体之间的线接触粘结的破坏状态。

由上述技术方案可知，本发明实施例提供的基于离散元的岩体力学响应数值分析方法及装置，通过三角形块体粘结集合体来模拟岩石，引入离散裂隙网格，在三角体之间粘结所遭受力的情况可以分析出剪切或拉伸两种破坏，克服了传统多边形单元高估岩石摩擦角、岩石破坏网格定势等缺点，可以显式模拟岩体破坏过程裂纹的起裂、扩展、贯通的全过程及其与原生结构面的相互作用，可以对裂纹的大小、方向进行追踪监测和定量评估，准确捕捉岩体在不同应力环境中不同的破坏类型，在岩石力学基础试验、地下空间开挖诱导围岩破坏机理、动压回采巷道围岩不连续扩容变形、深井巷道大变形、锚杆应力场及支护作用机理、岩爆及冲击地压发生机理、长臂工作面上覆岩层垮落等方面具有广泛、深入应用。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的基于离散元的岩体力学响应数值分析方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的岩体模型示意图；

图3为本发明一实施例提供的基于离散元的岩体力学响应数值分析装置的结构示意图；

图4为线接触粘结的粘结力c与模拟岩石的粘结力之间的曲线示意图；

图5为线接触粘结的摩擦角φ与模拟岩石的内摩擦角之间的曲线示意图；

图6为本发明一实施例提供的基于离散元的岩体力学响应数值分析装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1示出了本发明一实施例提供一种基于离散元的岩体力学响应数值分析方法，包括：

S11、获取多边形单元网格化的岩石模型，将所述岩石模型中每个多边形单元切割为多个三角形单元，形成三角形单元网格化的岩石模型。

在本步骤中，需要说明的是，在本发明实施例中，该岩石模型采用UDEC离散元计算模型模拟生成，可以将岩石看做被不连续结构面切割的多边形块体的集合体。多边形块体的网格尺寸应在考虑计算效率的前提下减小甚至消除岩体破坏网格定势效益。

此后，具有编译FISH函数功能的系统会将所述岩石模型中每个多边形单元切割为多个三角形单元，形成三角形单元网格化的岩石模型。即：以多边形单元的中心点和边界点为基础切割成几个三角形块体。此时，岩石通过若干个三角形块体粘结集合体来表示，三角形块体为有限差分网格，赋值弹性模量E和泊松比υ两个参数，表现为弹性体，只会变形，不会破坏。相邻三角形块体通过线接触粘结在一起，岩石的破坏通过线接触粘结的剪切或拉伸破坏来表现。

S12、根据岩体不连续结构面的几何产状信息生成离散裂隙网格，根据所述离散裂隙网格对三角形单元网格化的岩石模型进行模拟，形成具有不连续结构面的岩体模型。

在本步骤中，需要说明的是，在本发明实施例中，系统会根据岩体不连续结构面的几何产状信息生成离散裂隙网格，根据所述离散裂隙网格对三角形单元网格化的岩石模型进行模拟，形成具有不连续结构面的岩体模型。

其中，岩体不连续结构面的几何产状信息可根据岩体结构面几何产状统计性参数(间距、密度、连续性等)预设获取。还可根据现场通过地质描图、摄影测量或者激光扫描的方式获取。

获取后，系统根据所述几何产状信息建立三维离散裂隙网格模型，在三维模型里，不连续结构面为面单元；对模型进行切面操作，不连续结构面在切面上为线单元；获取每个线单元的端头结点坐标信息，根据端头结点坐标信息生成离散裂隙网格，并将离散裂隙网格导入到岩石模型中，形成具有不连续结构面的岩体模型。如图2所示的岩体模型示意图。

S13、对所述岩体模型中的三角形块体之间的线接触粘结进行力学参数赋值，所述力学参数包括刚度参数和强度参数。

在本步骤中，需要说明的是，在本发明实施例中，所述刚度参数包括法向刚度和切向刚度，所述强度参数包括抗拉强度、粘结力和摩擦角。

在本实施例中，对该参数进行赋值后，还需对参数进行校正，具体可为：

S131、获取输入的三角形块体单元的弹性模量、泊松比、法向刚度和切向刚度，对岩石模型进行单轴压缩，获得新的弹性模量和泊松比；

S132、将获得的弹性模量和泊松比与预设的弹性模量和泊松比的实验值进行比较，获得差值；

S133、若差值在第一阈值范围内，则获取输入的三角形块体单元的抗拉强度，对岩石模型进行巴西劈裂数值模拟，获得新的抗拉强度；

S134、将获得的抗拉强度与预设的抗拉强度的实验值进行比较，获得差值；

S135、若差值在第二阈值范围内，则获取输入的三角形块体单元的粘结力和摩擦角，对岩体模型进行三轴压缩，获得新的粘结力和摩擦角；

S136、将获得的粘结力和摩擦角与预设的粘结力和摩擦角的实验值进行比较，获得差值；

S137、若差值在第三阈值范围内，则将获得的弹性模量、泊松比、抗拉强度、粘结力和摩擦角作为力学参数，并获得法向刚度和切向刚度。

针对步骤S131-步骤S137，需要说明的是，第一阈值范围包括弹性模量的差值的阈值范围，和泊松比的差值的阈值范围。第二阈值范围包括抗拉强度的差值的阈值范围，第三阈值范围包括粘结力的差值的阈值范围，和摩擦角的差值的阈值范围。

对于上述步骤，主要是从数值比较满足条件的情况下，进行的阐述，为此，可参照下述详细解释说明，以陈述步骤S13。具体如下：

对模型的力学参数进行校准，这样才能够准确地对岩体的力学响应进行评估。如图3所示，对表达岩石的三角形块体粘结集合体的力学参数进行校准，使其能反映岩石真实的力学性质。模拟岩石的变形由三角形块体的弹性模量E、泊松比υ以及线接触粘结的法向刚度k_n和切向刚度k_s共同决定。弹性模量E和泊松比υ的初始值设置为实验室获取的岩石的真实值。法向刚度k_n和切向刚度k_s的初始值设置为：

k_s＝0.4k_n (2)

K为岩石体积模量，G为岩石剪切模量。

赋值后对岩石模型进行单轴压缩，将模型获取的新的弹性模型和泊松比与实验室实际获取的值进行对比，若一致(一致是差值在阈值范围内)则进入下一步，不一直则改变三角形块体的弹性模量E、泊松比υ以及线接触粘结的法向刚度k_n和切向刚度k_s进行单轴压缩试验，直到模型获取的弹性模型和泊松比与实验室实际获取的值一致。

模拟岩石的强度由线接触粘结的抗拉强度T、粘结力c和摩擦角φ决定。研究表明，模拟岩石的抗拉强度主要取决于线接触粘结的抗拉强度T而与粘结力c和摩擦角φ关系不大。故应先校准抗拉强度。线接触粘结的抗拉强度T的初始值可以设为实验室获取的岩石实际的抗拉强度，然后进行巴西劈裂数值模拟试验，将获取的岩石抗拉强度与实际值进行比较，若一致则进入下一步，不一致则改变线接触粘结的抗拉强度T进行巴西劈裂数值模拟试验，直到模型获取的抗拉强度与实验室实际获取的值一致。

模拟岩石的抗压强度主要由线接触粘结的粘结力c和摩擦角φ决定。如果实验室仅有岩石的单轴抗压强度值，则只需以此为目标进行单轴压缩数值模拟试验来进行线接触粘结的粘结力c和摩擦角φ的校准；如果实验室获取了岩石的粘结力和内摩擦角，则需进行三轴压缩数值模拟试验进行线接触粘结的粘结力c和摩擦角φ的校准。试验表明，线接触粘结的粘结力c对模拟岩石的粘结力起控制性作用而对模拟岩石的内摩擦角影响不大(图4)，而线接触粘结的摩擦角φ对模拟岩石的内摩擦角起控制性作用而对模拟岩石的粘结力影响不大(图5)。在进行校准时，可以将实验室获取的岩石的粘结力和内摩擦角的值作为线接触粘结的粘结力c和摩擦角φ的初始值来进行设置，然后进行一系列的数值模拟三轴压缩试验，将获取的粘结力和内摩擦角与实际值进行比对，若一致则进入下一步，不一致则改变线接触粘结的粘结力c和摩擦角φ，直到模型获取的粘结力和内摩擦角与实验室实际获取的值一致。

S14、获取对三角形块体之间进行剪切和拉伸的模拟值，并根据所述模拟值、所述力学参数和预设的分析公式获得三角形块体之间的线接触粘结的拉应力和剪应力。

在本步骤中，需要说明的是，在本发明实施例中，系统接收输入的对三角形块体之间进行剪切和拉伸的模拟值，根据模拟值、所述力学参数和预设的分析公式获得多个模拟时间段的力增量或位移增量，所述力增量为拉应力增量或剪应力增量，所述位移增量为法向位移增量和切向位移增量，将所有时间段的力增量求和获得拉应力或剪切力。

其中，分析公式包括：

Δσ_n＝-k_nΔu_n (5)

τ_max＝c+σ_ntanφ (8)

Δσ_n为拉应力增量，Δu_n为法向位移增量，k_n为法向刚度，Δτ_s为剪应力增量，

为切向位移增量，c为粘结力，φ为摩擦角，

为剪切位移方向。

还需要说明的是，该模拟值可为施压位移、施压速度、施压应力等。若通过模拟值得知的是多个模拟时间段的力增量，则将所有时间段的力增量求和获得拉应力或剪切力。若通过模拟值得知的是多个模拟时间段的位移增量，则通过公式(5)-(6)可以获得每个时间段的力增量，则将所有时间段的力增量求和获得拉应力或剪切力。

S15、根据所述拉应力、剪应力和强度参数进行比较，获得比较结果，并根据比较结果判断三角形块体之间的线接触粘结的破坏状态。

在本步骤中，需要说明的是，在本发明实施例中，当拉应力大于抗拉强度T时，线接触粘结发生拉伸破坏，反之，未发生拉伸破坏；当剪应力超过线接触粘结的剪切强度τ_max时，线接触粘结发生剪切破坏，反之，未发生剪切破坏。其中，当剪应力超过线接触粘结的剪切强度τ_max时，剪应力设置为如公式(7)所示，剪切强度表示为如公式(8)所示。

本发明实施例提供的基于离散元的岩体力学响应数值分析方法，通过三角形块体粘结集合体来模拟岩石，引入离散裂隙网格，在三角体之间粘结所遭受力的情况可以分析出剪切或拉伸两种破坏，克服了传统多边形单元高估岩石摩擦角、岩石破坏网格定势等缺点，可以显式模拟岩体破坏过程裂纹的起裂、扩展、贯通的全过程及其与原生结构面的相互作用，可以对裂纹的大小、方向进行追踪监测和定量评估，准确捕捉岩体在不同应力环境中不同的破坏类型，在岩石力学基础试验、地下空间开挖诱导围岩破坏机理、动压回采巷道围岩不连续扩容变形、深井巷道大变形、锚杆应力场及支护作用机理、岩爆及冲击地压发生机理、长臂工作面上覆岩层垮落等方面具有广泛、深入应用。

图6示出了本发明一实施例提供的一种基于离散元的岩体力学响应数值分析装置，包括划分模块21、模拟模块22、接收模块23、计算模块24和判断模块25，其中：

划分模块21，用于获取多边形单元网格化的岩石模型，将所述岩石模型中每个多边形单元切割为多个三角形单元，形成三角形单元网格化的岩石模型；

模拟模块22，用于根据岩体不连续结构面的几何产状信息生成离散裂隙网格，根据所述离散裂隙网格对三角形单元网格化的岩石模型进行模拟，形成具有不连续结构面的岩体模型；

接收模块23，用于对所述岩体模型中的三角形块体之间的线接触粘结进行力学参数赋值，所述力学参数包括刚度参数和强度参数；

计算模块24，用于获取对三角形块体之间进行剪切和拉伸的模拟值，并根据所述模拟值、所述力学参数和预设的分析公式获得三角形块体之间的线接触粘结的拉应力和剪应力；

判断模块25，用于根据所述拉应力、剪应力和强度参数进行比较，获得比较结果，并根据比较结果判断三角形块体之间的线接触粘结的破坏状态。

另外，还可包括校准模块，用于：

获取输入的三角形块体单元的弹性模量、泊松比、法向刚度和切向刚度，对岩石模型进行单轴压缩，获得新的弹性模量和泊松比；

将获得的弹性模量和泊松比与预设的弹性模量和泊松比的实验值进行比较，获得差值；

若差值在第一阈值范围内，则获取输入的三角形块体单元的抗拉强度，对岩石模型进行巴西劈裂数值模拟，获得新的抗拉强度；

将获得的抗拉强度与预设的抗拉强度的实验值进行比较，获得差值；

若差值在第二阈值范围内，则获取输入的三角形块体单元的粘结力和摩擦角，对岩石模型进行三轴压缩，获得新的粘结力和摩擦角；

将获得的粘结力和摩擦角与预设的粘结力和摩擦角的实验值进行比较，获得差值；

若差值在第三阈值范围内，则将获得的弹性模量、泊松比、抗拉强度、粘结力和摩擦角作为力学参数，并获得法向刚度和切向刚度。

由于本发明实施例所述装置与上述实施例所述方法的原理相同，对于更加详细的解释内容在此不再赘述。

需要说明的是，本发明实施例中可以通过硬件处理器(hardware processor)来实现相关功能模块。

本发明实施例提供的基于离散元的岩体力学响应数值分析装置，通过三角形块体粘结集合体来模拟岩石，引入离散裂隙网格，在三角体之间粘结所遭受力的情况可以分析出剪切或拉伸两种破坏，克服了传统多边形单元高估岩石摩擦角、岩石破坏网格定势等缺点，可以显式模拟岩体破坏过程裂纹的起裂、扩展、贯通的全过程及其与原生结构面的相互作用，可以对裂纹的大小、方向进行追踪监测和定量评估，准确捕捉岩体在不同应力环境中不同的破坏类型，在岩石力学基础试验、地下空间开挖诱导围岩破坏机理、动压回采巷道围岩不连续扩容变形、深井巷道大变形、锚杆应力场及支护作用机理、岩爆及冲击地压发生机理、长臂工作面上覆岩层垮落等方面具有广泛、深入应用。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种基于离散元的岩体力学响应数值分析方法，其特征在于，包括：

获取多边形单元网格化的岩石模型，将所述岩石模型中每个多边形单元切割为多个三角形单元，形成三角形单元网格化的岩石模型；其中，所述岩石模型为若干个三角形块体粘结集合体，相邻三角形块体通过线接触粘结在一起；

根据岩体不连续结构面的几何产状信息生成离散裂隙网格，根据所述离散裂隙网格对三角形单元网格化的岩石模型进行模拟，形成具有不连续结构面的岩体模型；

对所述岩体模型中的三角形块体之间的线接触粘结进行力学参数赋值，所述力学参数包括刚度参数和强度参数；

获取对三角形块体之间进行剪切和拉伸的模拟值，并根据所述模拟值、所述力学参数和预设的分析公式获得三角形块体之间的线接触粘结的拉应力和剪应力；

根据所述拉应力、剪应力和强度参数进行比较，获得比较结果，并根据比较结果判断三角形块体之间的线接触粘结的破坏状态；

所述根据岩体不连续结构面的几何产状信息生成离散裂隙网格，包括：

获取岩体不连续结构面的几何产状信息；

根据所述几何产状信息建立三维离散裂隙网格模型，在三维模型里，不连续结构面为面单元；

对模型进行切面操作，不连续结构面在切面上为线单元；

获取每个线单元的端头结点坐标信息，根据端头结点坐标信息生成离散裂隙网格。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：对所述力学参数的校准，包括：

获取输入的三角形块体单元的弹性模量、泊松比、法向刚度和切向刚度，对岩石模型进行单轴压缩，获得新的弹性模量和泊松比；

将获得的弹性模量和泊松比与预设的弹性模量和泊松比的实验值进行比较，获得差值；

若差值在第一阈值范围内，则获取输入的三角形块体单元的抗拉强度，对岩石模型进行巴西劈裂数值模拟，获得新的抗拉强度；

将获得的抗拉强度与预设的抗拉强度的实验值进行比较，获得差值；

若差值在第二阈值范围内，则获取输入的三角形块体单元的粘结力和摩擦角，对岩石模型进行三轴压缩，获得新的粘结力和摩擦角；

将获得的粘结力和摩擦角与预设的粘结力和摩擦角的实验值进行比较，获得差值；

若差值在第三阈值范围内，则将获得的弹性模量、泊松比、抗拉强度、粘结力和摩擦角作为力学参数，并获得法向刚度和切向刚度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取对三角形块体之间进行剪切和拉伸的模拟值，并根据所述模拟值、所述力学参数和预设的分析公式获得三角形块体之间的线接触粘结的拉应力和剪应力，包括：

获取对三角形块体之间进行剪切和拉伸的模拟值；

根据模拟值、所述力学参数和预设的分析公式获得多个模拟时间段的力增量或位移增量，所述力增量为拉应力增量或剪应力增量，所述位移增量为法向位移增量和切向位移增量；

将所有时间段的力增量求和获得拉应力或剪切力；

其中，分析公式包括：

Δσ_n＝-k_nΔu_n；

τ_max＝c+σ_ntanφ；

Δσ_n为拉应力增量，Δu_n为法向位移增量，k_n为法向刚度，Δτ_s为剪应力增量，

为切向位移增量，c为粘结力，φ为摩擦角，k_s为切向刚度，τ_max为剪切强度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述拉应力、剪应力和强度参数进行比较，获得比较结果，并根据比较结果判断三角形块体之间的线接触粘结的破坏状态，包括：

当拉应力大于抗拉强度T时，线接触粘结发生拉伸破坏；

当剪应力超过线接触粘结的剪切强度τ_max时，线接触粘结发生剪切破坏。

5.一种基于离散元的岩体力学响应数值分析装置，其特征在于，包括：

划分模块，用于获取多边形单元网格化的岩石模型，将所述岩石模型中每个多边形单元切割为多个三角形单元，形成三角形单元网格化的岩石模型；其中，所述岩石模型为若干个三角形块体粘结集合体，相邻三角形块体通过线接触粘结在一起；

模拟模块，用于根据岩体不连续结构面的几何产状信息生成离散裂隙网格，根据所述离散裂隙网格对三角形单元网格化的岩石模型进行模拟，形成具有不连续结构面的岩体模型；

接收模块，用于对所述岩体模型中的三角形块体之间的线接触粘结进行力学参数赋值，所述力学参数包括刚度参数和强度参数；

计算模块，用于获取对三角形块体之间进行剪切和拉伸的模拟值，并根据所述模拟值、所述力学参数和预设的分析公式获得三角形块体之间的线接触粘结的拉应力和剪应力；

判断模块，用于根据所述拉应力、剪应力和强度参数进行比较，获得比较结果，并根据比较结果判断三角形块体之间的线接触粘结的破坏状态；

所述模拟模块具体用于：

获取岩体不连续结构面的几何产状信息；

根据所述几何产状信息建立三维离散裂隙网格模型，在三维模型里，不连续结构面为面单元；

对模型进行切面操作，不连续结构面在切面上为线单元；

获取每个线单元的端头结点坐标信息，根据端头结点坐标信息生成离散裂隙网格。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括校准模块，用于：

获取输入的三角形块体单元的弹性模量、泊松比、法向刚度和切向刚度，对岩石模型进行单轴压缩，获得新的弹性模量和泊松比；

将获得的弹性模量和泊松比与预设的弹性模量和泊松比的实验值进行比较，获得差值；

若差值在第一阈值范围内，则获取输入的三角形块体单元的抗拉强度，对岩石模型进行巴西劈裂数值模拟，获得新的抗拉强度；

将获得的抗拉强度与预设的抗拉强度的实验值进行比较，获得差值；

若差值在第二阈值范围内，则获取输入的三角形块体单元的粘结力和摩擦角，对岩石模型进行三轴压缩，获得新的粘结力和摩擦角；

将获得的粘结力和摩擦角与预设的粘结力和摩擦角的实验值进行比较，获得差值；

若差值在第三阈值范围内，则将获得的弹性模量、泊松比、抗拉强度、粘结力和摩擦角作为力学参数，并获得法向刚度和切向刚度。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算模块用于：

获取对三角形块体之间进行剪切和拉伸的模拟值；

根据模拟值、所述力学参数和预设的分析公式获得多个模拟时间段的力增量或位移增量，所述力增量为拉应力增量或剪应力增量，所述位移增量为法向位移增量和切向位移增量；

将所有时间段的力增量求和获得拉应力或剪切力；

其中，分析公式包括：

Δσ_n＝-k_nΔu_n；

τ_max＝c+σ_ntanφ；

Δσ_n为拉应力增量，Δu_n为法向位移增量，k_n为法向刚度，Δτ_s为剪应力增量，

为切向位移增量，c为粘结力，φ为摩擦角，k_s为切向刚度，τ_max为剪切强度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述判断模块具体用于：

当拉应力大于抗拉强度T时，线接触粘结发生拉伸破坏；

当剪应力超过线接触粘结的剪切强度τ_max时，线接触粘结发生剪切破坏。

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