CN112131709B - 基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提出了一种基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法及系统，所述方案将物质点键划分为即岩石键、节理键和裂隙键三种类型，基于强度折减理论构建三种近场动力学键的统一表达格式，并且在运动方程中引入表征岩体压缩性质的短程排斥力，建立了近场动力学节理岩体本构模型；将岩体结构模型的计算区域随机离散成有限数量的带有一定体积信息的物质点，选择合适的近场作用范围，形成所有物质点的邻域矩阵，根据节理分布参数及物质点空间坐标关系，利用向量叉乘判断物质点键是否穿越节理或者裂隙，并进行相应处理；采用自适应动态松弛算法，迭代求解物质点速度和位移，实现了节理岩体变形破坏过程的近场动力学仿真。
Description
技术领域
本公开涉及岩土工程数值计算领域，尤其涉及一种基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
节理、裂隙等软弱结构面广泛存在于自然界中，是影响岩质边坡滑坡、地下工程围岩失稳的主要因素之一。科学评估节理、裂隙等软弱结构面的力学性质，对于保障工程岩体稳定性具有重要意义。
近场动力学(Peridynamics)是一种基于非局部作用思想建立模型，并通过求解空间积分方程描述物质力学行为的数值计算方法。它兼有分子动力学和无网络方法的优点，突破了基于连续性假设的传统方法在求解不连续问题时面临的局限性，避免了裂隙尖端微分方程求解的奇异性，在描述材料裂纹生成、起裂、扩展、破坏等方面具有独特的优势，在宏观、微观等多尺度不连续力学问题分析中均表现出较高的求解精度和效率，可广泛应用于多领域、跨尺度、不连续等复杂问题的数值计算与耦合仿真。
发明人发现，虽然目前近场动力学在金属材料、复合材料等均质材料变形破坏仿真方面取得了广泛的应用，但是，针对岩土工程材料特别是典型的节理、裂隙等非均质、各向异性材料，目前尚缺乏可靠而有效的本构模型及其建模方法，无法有效对节理岩体的变形破坏过程进行精确仿真分析；因此，如何构建表征节理、裂隙等复杂岩土工程材料变形破坏特征的近场动力学本构模型，并提出相应的建模方法，是实现岩土工程材料非连续变形破坏的近场动力学仿真有待于解决的问题。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提供一种基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法及系统，能够有效仿真节理、裂隙等天然岩体非均匀变形与不连续破坏过程的物理力学响应与损伤破坏特征。
根据本公开实施例的第一个方面，提供了一种基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法,包括：
根据获取的地质信息构建岩体结构模型；
将物质点键划分为岩石键、节理键和裂隙键三种类型，并基于强度折减理论构建三种类型的统一表达格式；
在近场动力学运动方程中引入短程排斥力，建立近场动力学节理岩体本构模型；
为计算区域设定边界条件和位移约束；
采用自适应动态松弛算法，对所述近场动力学节理岩体本构模型迭代求解，获得物质点速度和位移，实现节理岩体变形破坏过程的进场动力学仿真。
进一步的，需要对所述岩体结构模型进行处理，将岩体结构模型的待计算区域随机离散成预设数量的带有体积信息的物质点，设定预设的近场作用范围，形成所有物质点的邻域矩阵，根据节理分布参数及物质点空间坐标关系，利用向量叉乘判断物质点键是否穿越节理或者裂隙，对于穿越节理或者裂隙的键赋予强度折减系数，对于不穿越节理或者裂隙的键则不作处理。
进一步的，所述计算区域的随机离散具体包括，在所述岩体结构模型的待计算区域中采用均匀随机函数生成预设数量的且保持预设距离的结点，通过Delaunay三角函数构建三角形网格将计算区域随机划分为一定数量的网格单元；通过形心计算，将每一个网格所代表的空间体积集中到其形心处，从而将计算区域随机离散成有限数量的带有一定物性信息的空间物质点，并生成物质点的空间坐标矩阵。
进一步的，所述迭代求解过程中，判断所有物质点的键是否满足破坏条件，并记录局部损伤情况，直至计算结束。
进一步的，所述岩石键是指键完全位于完整岩石内部，节理键是指穿越节理的键，裂隙键是指穿越裂隙的键；所述节理是指具有一定粘接强度的，未完全断裂的软弱结构面；所述裂隙是指不再具有粘接强度，完全断裂的不连续结构面。
进一步的，所述短程排斥力包括当物质点相互靠近时产生的反向作用力，所述反向作用力限制了材料压缩变形过程中物质点重叠引起的计算误差，和由于键全部断裂而产生的自由物质点穿透其他物质点时发生的与实际不符的力学行为。
根据本公开实施例的第二个方面，提供了一种基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真系统，包括：
结构模型构建模块，其用于根据获取的地质信息构建岩体结构模型；
本构模型构建模块，其用于将物质点键划分为岩石键、节理键和裂隙键三种类型，并基于强度折减理论构建三种类型的统一表达格式；在近场动力学运动方程中引入短程排斥力，建立近场动力学节理岩体本构模型；
仿真求解模块，其用于为计算区域设定边界条件和位移约束；采用自适应动态松弛算法，对所述近场动力学节理岩体本构模型迭代求解，获得物质点速度和位移，实现节理岩体变形破坏过程的进场动力学仿真。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
(1)本公开所述方案通过所述节理岩体本构模型将岩石键、节理键和裂隙键三种近场动力学键构建出统一的表达格式，实现了节理、裂隙岩体变形破坏特征的统一描述；
(2)引入短程排斥力，不仅实现了节理岩体的拉伸破坏过程仿真，而且在仿真岩体压缩破坏过程时能够很好地控制物质点的重叠现象，实现了岩体拉伸-压缩复杂受力状态下的变形破坏过程描述。
(3)通过非均匀离散建模方法，解决了岩体材料非均匀特性表征难题，向量叉乘判断方法简单易行，实现了节理、裂隙在岩体空间位置的准确定位以及近场动力学模型的快速建模；本公开实现了近场动力学在仿真节理、裂隙岩体变形破坏过程中的有效应用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本公开实施例一所述的近场动力学节理岩体模型示意图；
图2是本公开实施例一所述的近场动力学节理岩体本构关系示意图；
图3是本公开实施例一所述的均匀离散与非均匀离散建模方法示意图；
图4是本公开实施例一所述的应用仿真节理岩体单轴压缩试验的计算效果图；
图5是本公开实施例一所述的仿真节理岩体单轴压缩试验得到的荷载-位移曲线。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一：
本实施例的目的是提供一种基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法。
一种基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法,包括：
根据获取的地质信息构建岩体结构模型；
将物质点键划分为岩石键、节理键和裂隙键三种类型，并基于强度折减理论构建三种类型的统一表达格式；
在近场动力学运动方程中引入短程排斥力，建立近场动力学节理岩体本构模型；
为计算区域设定边界条件和位移约束；
采用自适应动态松弛算法，对所述动力学节理岩体本构模型迭代求解，获得物质点速度和位移，实现节理岩体变形破坏过程的进场动力学仿真。
具体的，此处结合所述附图对所述仿真方法的步骤进行详细说明：
如图1为本公开所构建的近场动力学节理岩体模型示意图；其特点是，根据物质间之间的键是否穿越节理、裂隙或者完全位于完整岩石内部，将近场动力学键划分为岩石键、节理键和裂隙键。其中，岩石键是指键完全位于完整岩石内部，节理键是指穿越节理的键，裂隙键是指穿越裂隙的键。其中，节理是指具有一定粘接强度的，未完全断裂的软弱结构面；而裂隙是指不再具有粘接强度，完全断裂的不连续结构面。
图2是本公开所构建的近场动力学节理岩体本构关系示意图。其特点是，基于强度折减理论，通过将节理强度与岩石强度的比值定义为强度折减系数λ，构建出岩石键、节理键和裂隙键三种近场动力学键的统一表达格式。
图3为本公开所构建的非均匀离散建模方法示意图。其物质点是该方法不再将计算区域进行均匀离散，而是采用均匀随机函数及Delaunay三角函数将计算区域随机离散成有限数量的三角形或者四边形网格，通过形心计算，将每一个网格所代表的空间体积集中到其形心处，从而将计算区域随机离散成有限数量的带有一定物性信息的空间物质点，再根据节理分布参数及物质点空间坐标关系，利用向量叉乘判断物质点键是否穿越节理或者裂隙，对于穿越节理或者裂隙的键赋予强度折减系数，对于不穿越节理或者裂隙的键则不作处理，据此形成了节理岩体的近场动力学建模方法。
传统近场动力学建模方法，通常将计算区域均匀离散成体积一样的晶格，此时物质点所代表的物理力学参数及体积参数是一样的，该建模方法适用于金属等均质材料，但是对于岩体这种典型的非均匀材料来说，不再适用；据此，本公开提出了非均匀建模方法，具体步骤如下：
首先在计算区域中采用均匀随机函数生成一定数量的并且保持一定距离的结点，通过Delaunay三角函数构建三角形网格将计算区域随机划分为一定数量的网格单元；
其次，通过形心计算，将每一个网格所代表的空间体积集中到其形心处，从而将计算区域随机离散成有限数量的带有一定物性信息的空间物质点，并生成物质点的空间坐标矩阵；
最后，根据节理分布参数及物质点空间坐标关系，利用向量叉乘判断物质点键是否穿越节理或者裂隙。所述的向量叉乘是指，如果键穿越节理/>或者裂隙的话，则其与节理向量组成的行列式叉乘为小于0的值，即
并且
此时，认为该键穿越该节理，对于穿越节理或者裂隙的键赋予强度折减系数；否则，认为该键不穿越该节理，对于不穿越节理或者裂隙的键则不作处理。
图4为应用本公开仿真节理岩体单轴压缩试验的计算效果图；其特点为应用本公开所构建的近场动力学节理岩体建模方法，构建了节理岩体单轴压缩试验数值模型；应用本公开所构建的近场动力学节理岩体本构模型，准确描述了节理岩体单轴压缩过程的典型破坏特征：损伤首先出现在节理上，发生沿节理面的滑移破坏；继而发生完整岩石的劈裂破坏；试件的最终破坏形态呈现滑移-劈裂组合破坏模式。步骤(1)-(6)为实现该计算效果的详细说明。
步骤(1)构建了二维平面应变条件下节理岩体单轴压缩试验数值模型。模型宽度为5cm，高度为10cm，杨低模量为9.2GPa，泊松比为0.33，密度为2030kg/m3。采用本公开提出的非均匀离散方法，先将数值模型随机离散为三角形单元，再利用形心计算获得随机离散的物质点。该模型物质点数量为6624。
步骤(2)选取近场范围为3陪的物质点半径，即δ为0.3cm，构建所有物质点的邻域矩阵。节理倾角为45°，节理间距为1cm。利用向量叉乘判断物质点键是否穿越节理或者裂隙。其中，穿越节理的键强度需要乘以强度折减系数λ，这里λ取值为0.1。
步骤(3)采用位移边界条件，在数值模型顶部和底部各施加一个压缩速率1×10- 7m/s。
步骤(4)采用自适应动态松弛算法，输入虚拟质量密度矩阵与虚拟阻尼系数，对物质点在每一时间步的速度和位移u进行迭代求解。
步骤(5)通过临界伸长率判断每一个物质点键的断裂情况。当物质点伸长率s超过临界伸长率s0(本实施例设置为0.001)，则对应物质点的键常数μ为0；当物质点伸长率s未超过临界伸长率s0，则对应物质点的键常数μ为1；并记录每一个物质点的局部损伤值
步骤(6)计算结束后，得到了节理岩体的损伤状态和破坏模式。其中，表示物质点未发生破坏，/>表示物质点完全破坏，/>值越大，表明岩体损伤程度越大。
图5为应用本公开仿真节理岩体单轴压缩试验得到的荷载-位移曲线，结合图4可以看出，本实施例能够有效仿真节理岩体单轴压缩过程中的荷载-位移变化规律以及变形破坏特征。
进一步的，所述仿真方法的详细步骤具体包括：
(1)基于键型近场动力学模型，通过将物质点之间的相互作用(键)形式划分为三种类型，即岩石键、节理键和裂隙键；基于强度折减理论，通过将节理强度与岩石强度的比值定义为强度折减系数，构建出岩石键、节理键和裂隙键三种近场动力学键的统一表达格式；通过在近场动力学方程中引入表征岩体压缩性质的短程排斥力，建立了近场动力学节理岩体本构模型。
(2)通过将岩体结构模型的待计算区域随机离散成有限数量的三角形或者四边形网格，通过形心计算，将每一个网格所代表的空间体积集中到其形心处，从而将计算区域随机离散成有限数量的带有一定物性信息的空间物质点，并生成物质点的空间坐标矩阵；选择合适的近场作用范围，即物质点邻域大小，并形成所有物质点的邻域矩阵；根据节理分布参数及物质点空间坐标关系，利用向量叉乘判断物质点键是否穿越节理或者裂隙，对于穿越节理或者裂隙的键赋予强度折减系数，对于不穿越节理或者裂隙的键则不作处理。
(3)通过将外部荷载转化为计算区域上的应力边界条件或者位移边界条件，并根据实际情况设置位移约束；采用自适应动态松弛算法，通过设置虚拟阻尼，迭代求解物质点速度和位移；在迭代求解过程中，判断所有物质点的键是否满足破坏条件，并记录局部损伤情况，直至计算结束，据此实现了节理岩体变形破坏过程的近场动力学仿真。
所述的三种类型近场动力学键，是指在传统键型近场动力学模型的基础上，根据键是否穿越节理、裂隙或者完全位于完整岩石内部，将近场动力学键划分为岩石键、节理键和裂隙键。其中，岩石键是指键完全位于完整岩石内部，节理键是指穿越节理的键，裂隙键是指穿越裂隙的键。其中，节理是指具有一定粘接强度的，未完全断裂的软弱结构面；而裂隙是指不再具有粘接强度，完全断裂的不连续结构面。
所述的强度折减系数，是指节理强度与岩石强度的比值，通常情况下取值范围为0≤λ≤1；其中，当λ＝1，表示完整岩石的强度取值；当0＜λ＜1，表示节理的强度取值；当λ＝0，表示裂隙的强度取值；据此，可以构建三种类型近场动力学键的统一表达格式为：
f＝(λ1λ2…λn)csμ≈λncsμ
其中，f为近场动力学物质点间相互作用力，λ为强度折减系数，n表示穿越的节理数量，c微观弹性模量，s为键的伸长率，μ为表征键破坏情况的标量函数，其大小为：
其中，s0为键的临界伸长率，表示在一个键上，相互作用的两个物质点间经过一定的相对位移后，当点对的伸长率过超过临界值时，该点对破坏，两物质点间不再相互作用。
所述的短程排斥力，是指当物质点相互靠近时，产生的反向作用力，从而限制了材料压缩变形过程中物质点重叠引起的计算误差，或者由于键全部断裂而产生的自由物质点穿透其他物质点时发生的与实际不符的力学行为。其中，短程排斥力表示为：
其中ds＝min{0.9||x-x′||，1.35(rs+r′s)}，rs为物质点所占据空间的半径，η为物质点的相对位移，ξ为物质点的相对位置。
据此构建了能够描述节理、裂隙岩体压缩破坏过程的近场动力学运动方程：
其中，Hx为物质点x的领域范围，u为物质点x的位移，x′为物质点x领域范围内任意其他物质点位置，ρ为材料密度，b为物质点所受的体力密度。
所述的随机离散，是指在计算区域中采用均匀随机函数生成一定数量的并且保持一定距离的结点，通过Delaunay三角函数构建三角形网格将计算区域随机划分为一定数量的网格单元；通过形心计算，将每一个网格所代表的空间体积集中到其形心处，从而将计算区域随机离散成有限数量的带有一定物性信息的空间物质点，并生成物质点的空间坐标矩阵。据此实现了计算区域的随机离散，有效仿真了天然岩体材料的非均匀特性。
所述的物质点邻域大小，是指指某一物质点与其产生相互作用的近场范围：Hx＝{x′∈R：||x′-x||≤δ}，其中，R表示计算区域，x表示计算区域内任一物质点，x′表示物质点x一定空间范围内的任意其它物质点。若两点之间的距离不大于一个给定的常数δ，则两点之间存在一定的相互作用关系，该范围大小δ即为所述的邻域大小。相互作用关系以键的形式表述，即相互作用的两个物质点之间力与变形的关系。
所述的向量叉乘是指，如果键穿越节理/>或者裂隙的话，则其与节理向量组成的行列式叉乘为小于0的值，即
并且
此时，认为该键穿越该节理，对于穿越节理或者裂隙的键赋予强度折减系数；否则，认为该键不穿越该节理，对于不穿越节理或者裂隙的键则不作处理。
所述的自适应动态松弛算法，是指通过设置虚拟阻尼和虚拟质量，将近场动力学控制方程转换成常微分方程形式的运动方程，迭代求解物质点速度和位移。常微分方程形式的运动方程是指计算区域任意物质点力与位移的关系，表示为：
其中，λ为虚拟对角密度矩阵，d为虚拟阻尼系数，X为物质点的坐标，表示为XT＝{x1，x2，…，xm}；U为物质点的位移，表示为UT＝{u(x1，t)，u(x2，t)，…，u(xnv，t)}，其中，m是计算区域所有物质点的数量；F为物质点X所受的合力密度；t为时间步。
迭代求解是指利用中心差分求解每一时间步物质点的速度和位移，在未满足平衡条件的情况下，迭代求解下一时间步的速度和位移，表示如下：
其中，n表示第n次迭代，Δt表示时间步长，dn表示第n次迭代计算过程中的动态变化的虚拟阻尼系数，Fn表示第n次迭代计算过程中物质点x的合力。
所述的局部损伤是指，在迭代求解过程中，物质点键发生断裂后，剩余完整键的数目与初始键数目的比值，表示为：
其中，0表示完整状态，而1表示完全损伤状态，0～1之间的数值，即为局部损伤程度的量化表征；据此实现了节理岩体变形破坏过程的近场动力学仿真。
实施例二：
本实施例的目的是提供了一种基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真系统。
一种基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真系统,包括：
结构模型构建模块，其用于根据获取的地质信息构建岩体结构模型；
本构模型构建模块，其用于将物质点键划分为岩石键、节理键和裂隙键三种类型，并基于强度折减理论构建三种类型的统一表达格式；在近场动力学运动方程中引入短程排斥力，建立近场动力学节理岩体本构模型；
仿真求解模块，其用于为计算区域设定边界条件和位移约束；采用自适应动态松弛算法，对所述近场动力学节理岩体本构模型迭代求解，获得物质点速度和位移，实现节理岩体变形破坏过程的进场动力学仿真。
进一步的，所述结构模型构建模块，还用于对所述岩体结构模型进行处理，将岩体结构模型的待计算区域随机离散成预设数量的带有体积信息的物质点，设定预设的近场作用范围，形成所有物质点的邻域矩阵，根据节理分布参数及物质点空间坐标关系，利用向量叉乘判断物质点键是否穿越节理或者裂隙，对于穿越节理或者裂隙的键赋予强度折减系数，对于不穿越节理或者裂隙的键则不作处理。
进一步的，所述短程排斥力包括当物质点相互靠近时产生的反向作用力，所述反向作用力限制了材料压缩变形过程中物质点重叠引起的计算误差，和由于键全部断裂而产生的自由物质点穿透其他物质点时发生的与实际不符的力学行为。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (7)
1.基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法,其特征在于，包括：
根据获取的地质信息构建岩体结构模型；
将物质点键划分为岩石键、节理键和裂隙键三种类型，并基于强度折减理论，通过将节理强度与岩石强度的比值定义为强度折减系数，构建三种类型的统一表达格式:
f＝(λ1λ2…λn)csμ≈λπcsμ；
其中，f为近场动力学物质点间相互作用力，λ为强度折减系数，n表示穿越的节理数量，c微观弹性模量，s为键的伸长率，μ为表征键破坏情况的标量函数；
在近场动力学运动方程中引入短程排斥力，建立近场动力学节理岩体本构模型；
为计算区域设定边界条件和位移约束；
采用自适应动态松弛算法，对所述近场动力学节理岩体本构模型迭代求解，获得物质点速度和位移，实现节理岩体变形破坏过程的进场动力学仿真；
对所述岩体结构模型进行处理，不再将计算区域进行均匀离散，将岩体结构模型的待计算区域随机离散成预设数量的带有体积信息的物质点，设定预设的近场作用范围，形成所有物质点的邻域矩阵，根据节理分布参数及物质点空间坐标关系，利用向量叉乘判断物质点键是否穿越节理或者裂隙，对于穿越节理或者裂隙的键赋予强度折减系数，对于不穿越节理或者裂隙的键则不作处理，形成节理岩体的近场动力学建模方法；
所述计算区域的随机离散具体包括，在所述岩体结构模型的待计算区域中采用均匀随机函数生成预设数量的且保持预设距离的结点，通过Delaunay三角函数构建三角形网格将计算区域随机划分为一定数量的网格单元；通过形心计算，将每一个网格所代表的空间体积集中到其形心处，从而将计算区域随机离散成有限数量的带有一定物性信息的空间物质点，并生成物质点的空间坐标矩阵；
所述的自适应动态松弛算法，是指通过设置虚拟阻尼和虚拟质量，将近场动力学控制方程转换成常微分方程形式的运动方程，迭代求解物质点速度和位移；常微分方程形式的运动方程是指计算区域任意物质点力与位移的关系；
所述迭代求解过程中，判断所有物质点的键是否满足破坏条件，并记录局部损伤情况，直至计算结束；所述的局部损伤是指，在迭代求解过程中，物质点键发生断裂后，剩余完整键的数目与初始键数目的比值。
2.如权利要求1所述的基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法，其特征在于，所述岩石键是指键完全位于完整岩石内部，节理键是指穿越节理的键，裂隙键是指穿越裂隙的键；所述节理是指具有一定粘接强度的，未完全断裂的软弱结构面；所述裂隙是指不再具有粘接强度，完全断裂的不连续结构面。
3.如权利要求1所述的基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法，其特征在于，所述短程排斥力包括当物质点相互靠近时产生的反向作用力，所述反向作用力限制了材料压缩变形过程中物质点重叠引起的计算误差以及由于键全部断裂而产生的自由物质点穿透其他物质点时发生的与实际不符的力学行为，其中所述短程排斥力表示为：
其中，ds＝min{0.9||x-x′||，1.35(rs+r′s)}，rs为物质点所占据空间的半径，η为物质点的相对位移，ξ为物质点的相对位置。
4.如权利要求1所述的基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法，其特征在于，所述近场动力学节理岩体本构模型表示如下：
其中，Hx为物质点x的领域范围，u为物质点x的位移，x′为物质点x领域范围内任意其他物质点位置，ρ为材料密度，b为物质点所受的体力密度。
5.基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真系统，采用如权利要求1所述的基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真方法，其特征在于，包括：
结构模型构建模块，其用于根据获取的地质信息构建岩体结构模型；
本构模型构建模块，其用于将物质点键划分为岩石键、节理键和裂隙键三种类型，并基于强度折减理论构建三种类型的统一表达格式；在近场动力学运动方程中引入短程排斥力，建立近场动力学节理岩体本构模型；
仿真求解模块，其用于为计算区域设定边界条件和位移约束；采用自适应动态松弛算法，对所述近场动力学节理岩体本构模型迭代求解，获得物质点速度和位移，实现节理岩体变形破坏过程的进场动力学仿真。
6.如权利要求5所述的基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真系统，其特征在于，所述结构模型构建模块，还用于对所述岩体结构模型进行处理，将岩体结构模型的待计算区域随机离散成预设数量的带有体积信息的物质点，设定预设的近场作用范围，形成所有物质点的邻域矩阵，根据节理分布参数及物质点空间坐标关系，利用向量叉乘判断物质点键是否穿越节理或者裂隙，对于穿越节理或者裂隙的键赋予强度折减系数，对于不穿越节理或者裂隙的键则不作处理。
7.如权利要求5所述的基于近场动力学本构模型的节理岩体力学仿真系统，其特征在于，所述短程排斥力包括当物质点相互靠近时产生的反向作用力，所述反向作用力限制了材料压缩变形过程中物质点重叠引起的计算误差以及由于键全部断裂而产生的自由物质点穿透其他物质点时发生的与实际不符的力学行为。
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