CN108446498B - 一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法，包括如下步骤：(1)建立滑坡初始模型，根据实验对象确定滑坡初始模型上地表与底面边界，并针对实验对象进行滑坡体的边界确定和参数测算；(2)将滑坡初始模型划分为区域一、区域三、区域二和区域四；(3)将区域一、区域二、区域三和区域四生成三棱柱块体；(4)对步骤(3)中区域四生成的每一个块体进行四面体Delaunay划分；(5)针对滑坡体即区域四，根据划分的四面体网格，将每一个原三棱柱块体依次转化为四面体块体以反映破坏过程。本发明可更真实、更可靠的模拟滑坡过程。

Description

一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法
技术领域
本发明属于岩土工程数值分析技术领域，具体涉及一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法。
背景技术
在块体离散元方法中，规则的多面体块体是建模的最基本单元，而这些块体又可以划分为离散网格，其中只有块体之间的接触面才能脱离、分开。但实际操作中通常希望关注区域采用较密的网格，远离关注区域的网格则采用尺寸较大的块体或网格。块体内划分的网格之间仍然服从连续数值模拟方法，而如果要用离散元法模拟岩土体的破坏过程，就需要将块体划分为小块，常用的方法是利用几组节理将大块体切割，这容易造成变形受节理切割影响明显。因此，为了克服这一弊端，采用一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法，有利于改善模拟效果，更加贴近真实滑坡状况。
发明内容
本发明为克服常用的块体离散元模拟边坡破坏过程的数值建模方法存在的缺陷，旨在提供一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法，改善滑坡破坏的模拟效果，提高模拟的真实性与参考价值。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法，包括如下步骤：
(1)建立滑坡初始模型，根据实验对象确定滑坡初始模型的地表与底面边界，并针对实验对象进行滑坡体的边界确定和参数测算；
(2)将步骤(1)得到滑坡初始模型从水平面上以滑坡体相对的两端端点为界限划分为区域一、区域三和中间区域，再根据步骤(1)测算得到的滑坡体的边界数据，可将中间区域再划分为区域二和区域四，其中，区域二的正上方为区域四，区域四为滑坡体；
(3)将区域一、区域二、区域三和区域四均自下而上的生成三棱柱块体；
(4)对步骤(3)中区域四生成的每一个三棱柱块体进行四面体Delaunay划分；
(5)针对滑坡体，根据步骤(4)划分的四面体网格情况，将每一个原三棱柱块体依次转化为四面体块体以反映破坏过程。
进一步的，所述步骤(1)的具体方法为：先测定滑坡前滑坡初始模型的地表范围及高程，再根据滑坡后高程发生改变的点即为滑坡体内部的点，滑坡体的边界即为高程发生改变的点与高程未发生改变的点交界处，得到滑坡体范围。
进一步的，所述步骤(2)通过均匀格栅平面获取滑坡体的边界，进行区域的划分。
进一步的，所述步骤(1)中测算的参数包括：初始模型底面到初始模型地表的距离、初始模型底面到滑坡体底面的距离、滑坡体底面到初始模型地表的距离。
进一步的，所述步骤(2)中区域二的上边界与区域四的下边界重合。
进一步的，所述步骤(2)中区域四的下边界即为滑坡体的下边界。
本发明的有益效果为：
本发明专利一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法，只需对可能的滑体采用离散元模型把原有块体进行四面体Delaunay划分并替换成小块体，即可更真实、更可靠的模拟滑坡过程。
附图说明
图1是本发明运用均匀格栅确定滑坡体边界的示意图；
图2是本发明的滑坡初始模型示意图；
图3是本发明的滑坡初始模型区域划分的侧向示意图；
图4是本发明的滑坡初始模型去除滑坡体的示意图；
图5是本发明的滑坡体的三棱柱块体生成过程示意图；
图6是本发明的滑坡初始模型三棱柱块体图；
图7是本发明的滑坡体块体替换细化示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图1至图7所示，一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法，包括如下步骤：
(1)建立滑坡初始模型，根据实验对象确定滑坡初始模型的滑坡地表与滑坡底面边界，确定滑坡前的地表范围及高程，对滑坡底面边界进行判断并获取其范围及高程。根据滑坡后高程发生改变的点即均为滑坡体内部的点，滑坡体的边界即为高程发生改变的点与高程未发生改变的点交界处，可得到滑坡体范围。针对获取的滑坡体的边界范围进行参数测算完善整个模型，测算的参数包括：初始模型底面到初始模型地表的距离、初始模型底面到滑坡体底面的距离、滑坡体底面到初始模型地表的距离。
(2)通过均匀格栅平面获取滑坡体的边界，根据滑坡体的边界，将步骤(1)得到的滑坡初始模型从均匀格栅水平面上以滑坡体的两端端点为界限划分为区域一、区域三和中间区域，再根据测算得到的滑坡体的边界数据，可将中间区域再划分为区域二和区域四，其中，区域四即为滑坡体，区域二的正上方为区域四，区域二的上边界与区域四的下边界重合，区域四的下边界即为滑坡体的下边界。
(3)对区域一、区域二、区域三和区域四均自下而上的生成三棱柱块体，选取自下而上生成较为方便，只要从各区域最下面的基底向上根据四个区域的数据生成某高度的三棱柱块体，最下面的基底是规整的，所以从基底向上生成会更方便。因为计算机软件只能生成较规整的单个块体，而一个边界复杂的模型是无法仅用一个块体来精确建立满足边界条件的模型，所以本发明专利采用许多狭长的三棱柱块体来更为精确的建立满足边界条件的数值模型。具体如下：滑坡体边界上的点与初始模型地表重合取一致，滑坡体范围外的区域一和区域三中的点自初始模型底面向上投影到地表生成三棱柱块体，滑坡体范围外的区域二中的点自初始模型底面向上投影到滑坡体底面(即区域四的下表面)生成三棱柱块体，滑坡体内的点自滑坡体底面(即区域四的下表面)向上投影到地表投影生成三棱柱块体，得到区域四。区域一，区域三的上边界即为地表，此两个区域自模型底面向上投影，直至地表，生成三棱柱块体。
(4)对步骤(3)中区域四生成的每一个三棱柱块体进行四面体Delaunay划分；
(5)针对滑坡体即区域四，根据步骤(4)划分的四面体网格情况，将原三棱柱块体依次转化为四面体块体以反映破坏过程。若关注区域(即区域四)替换的小块体依然偏大无法满足要求，则可将替换后的小块体再次细化成更小的块体，直至块体大小满足要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)建立滑坡初始模型，根据实验对象确定滑坡初始模型的地表与底面边界，并针对实验对象进行滑坡体的边界确定和参数测算；
(2)通过均匀格栅平面获取滑坡体的边界，根据滑坡体的边界，将步骤(1)得到的滑坡初始模型从均匀格栅水平面上以滑坡体的两端端点为界限划分为区域一、区域三和中间区域，再根据测算得到的滑坡体的边界数据，可将中间区域再划分为区域二和区域四，其中，区域四即为滑坡体，区域二的正上方为区域四，区域二的上边界与区域四的下边界重合，区域四的下边界即为滑坡体的下边界；
(3)对区域一、区域二、区域三和区域四均自下而上的生成三棱柱块体，具体为：滑坡体边界上的点与初始模型地表重合取一致，滑坡体范围外的区域一和区域三中的点自初始模型底面向上投影到地表生成三棱柱块体，滑坡体范围外的区域二中的点自初始模型底面向上投影到区域四的下表面，生成三棱柱块体，滑坡体内的点自区域四的下表面向上投影到地表投影生成三棱柱块体，得到区域四；区域一和区域三的上边界即为地表，区域一和区域三自模型底面向上投影，直至地表，生成三棱柱块体；
(4)对步骤(3)中区域四生成的每一个三棱柱块体进行四面体Delaunay划分；
(5)针对滑坡体，根据步骤(4)划分的四面体网格情况，将每一个原三棱柱块体依次转化为四面体块体以反映破坏过程。
2.如权利要求1所述的一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体方法为：先测定滑坡前滑坡初始模型的地表范围及高程，再根据滑坡后高程发生改变的点即为滑坡体内部的点，滑坡体的边界即为高程发生改变的点与高程未发生改变的点交界处，得到滑坡体范围。
3.如权利要求1所述的一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法，其特征在于：所述步骤(2)通过均匀格栅平面获取滑坡体的边界，进行区域的划分。
4.如权利要求3所述的一种替换式逐步细化边坡块体离散元数值模型构建方法，其特征在于：所述步骤(1)中测算的参数包括：初始模型底面到初始模型地表的距离、初始模型底面到滑坡体底面的距离和滑坡体底面到初始模型地表的距离。
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