CN114925590B - 多用途二维不规则形状集料随机生成方法及模型生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用途二维不规则形状集料随机生成方法及模型生成方法。所述不规则形状集料随机生成算法包含随机函数和极坐标函数，该随机函数首先用于确定随机多边形初始顶点在空间中的初始位置；极坐标函数用于确定随机多边形的下一个顶点，直至随机多边形闭合。透水型再生水稳集料离散元数值模型构建方法包含不规则形状集料的随机生成算法、水泥砂浆生成方法、不同含量再生骨料生成方法和透水孔隙生成方法，用于构建具有不同再生骨料含量、不同水泥含量以及具有不同透水孔隙的透水型再生水稳集料离散元模型；该发明可用于构建透水型再生水稳基层材料的精细化数值模型，并用于相关数值模拟研究。

Description

多用途二维不规则形状集料随机生成方法及模型生成方法

技术领域

本发明涉及一种算法，尤其是涉及一种多用途二维不规则形状集料随机生成算法及透水型再生水稳集料离散元数值模型构建方法。

背景技术

建筑固废再生骨料被广泛应用于透水型水稳路基中。然而透水型再生水稳集料在加载工况下的动态破坏演化机理、颗粒破碎机理、界面过渡区损伤机理以及水稳材料强度劣化的细观机制仍未掌握。一方面，建筑固废再生骨料是由多种类型骨料构成的复杂混合物，具有强烈的强度变异性，另一方面，由于透水型再生水稳集料的复杂性，其细观模型构建相当复杂。在现有的透水型再生水稳集料的离散元建模方法过于简化，大部分建模方法并未真实考虑骨料的真实形状，而在考虑真实骨料形状的数值建模方法中又缺乏对颗粒破碎和界面损伤的充分考虑。基于此，本发明充分考虑了再生骨料颗粒易破碎和水稳材料界面易损伤等特性。可构建充分考虑颗粒破碎、界面损伤和透水孔隙的透水型再生水稳集料离散元数值模型，并用于开展后续研究，促进建筑固废再生骨料在透水水稳基层中的高值化再生利用。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明公开一种多用途二维不规则形状集料随机生成算法及透水型再生水稳集料离散元数值模型构建方法，其技术内容如下：

一种多用途二维不规则形状集料随机生成算法，使用设计级配和孔隙率，来生成具有不规则形状特征和特定粒径范围的集料几何模型，其特征在于，包括以下主要步骤：

步骤1：指定拟生成不规则集料的级配，每个级配区间均存在集料尺寸的最大值s_max和最小值s_min。首先计算集料分别在x和y方向上的等效半径R_x和R_y：

步骤2：指定拟生成不规则多边形集料的范围Ω{x∈(x₁,x₂),y∈(y₁,y₂)}、多边形边的数量N以及多变形的形状系数F_s，F_s∈(0,1)。其中多边形的数量N根据设定的范围随机生成，其中N∈[N_min,N_max]。

N＝N_min+(N_max-N_min)*random(0,1) (2)

步骤3：使用步骤1中的集料等效半径R、步骤2中的集料生成范围Ω{x∈(x₁,x₂),y∈(y₁,y₂)}以及随机函数在拟生成多边形集料的范围内生成多边形的第一个顶点(x₀,y₀)：

步骤4：单个集料的第i个顶点生成遵循逆时针的原则，根据边的数量N、形状系数F_s和随机函数生成N个随机角度序列，并存储为N维数组d(i),i∈[1,N]。其中生成方法为：

(1)循环N次，使用式(5)随机生成N个随机角度，并将其存储到N位数组d(i)中；

d(i)＝2π*(1+(2*random(0,1)*F_s)/N) (5)

(2)将上述生成的N个随机角度序列进行累加，得到所有角度和d_sum；

(3)根据d(i)和d_sum生成N个用于计算的角度，并用于计算第i个顶点的坐标；为了使闭合的多边形内角和为360°，并存储为数组D(i)：

(4)由于初始坐标点已通过步骤3实现，令角度初始值degree(i)的第1个值为0，即degree(1)＝0，并循环计算多边形第i个累计角度degree(i)，用于计算第i个顶点的坐标：

degree(i)＝degree(i-1)+D(i-1),i＝2,3,4…N (7)

步骤5：根据步骤1所得的等效半径R_x和R_y、步骤2所得的多边形边数N、步骤3所得的初始几何顶点(x₀,y₀)以及步骤4累计角度degree(i)分别计算拟生成变形的N个顶点坐标：

当N个顶点坐标生成完毕后，令N+1顶点的坐标等于初始顶点坐标，即：

到此，一个闭合的不规则形状集料生成完毕。

步骤6：根据已生成不规则多边形的N各顶点计算面积A_temporary，其中，x(i)和y(i)从步骤5中获取：

步骤7：结合步骤3中设定的生成不规则集料的试样范围W和H，并结合试样设定的孔隙率ρ和每档集料的含量P_i，计算每一档集料的总面积：

A_total＝W*H*(1-ρ)*P_i (11)

步骤8：不断重复步骤1-7，继续生成不规则集料。假设在生成第M个不规则集料时时，需要进行重叠判断，以保证新生成集料的顶点均不在已生成集料内部以及保证新生成集料的边与已生成集料的边均不相交：

(1)假设已生成了Q个不规则集料，根据已生成Q个不规则集料的面积A_temporary(i)，构建一个已生成不规则集料的面积序列A_temporary(i)i＝1,2,3…Q，其中A_temporary(i)是Q维数组。在每个集料生成时，将其面积存储到A_temporary(i)中：

A_temporary(i)＝A_temporary(x),x＝1,2,3…Q (12)

(2)判断新生成顶点均是否在已生成集料的内部：

在重复1-7步骤生成集料M时，每生成一个顶点时，计算点O与已生成集料顶点所构成的面积。首先，遍历已生成的Q个集料，并获得每一个被遍历集料的面积A_s：

A_s＝A_temporary(i),i＝1,2,3…Q (13)

每遍历每一个已生成集料，在被遍历的几何上任取两点(x_i,y_i)、(x_i+1,y_i+1)，其中(x_i,y_i)、(x_i+1,y_i+1)由步骤5获得，随后，计算被遍历已生成集料几何上所有点与拟生成顶点的三角形面积A_new。假设被遍历的已生成集料的边数为N，假设根据步骤2计算的拟新生成的不规则集料的边数为n，计算新生成顶点与已生成集料构成的三角形面积和：

最后，根据式15判断新生成顶点是否在已生成集料的内部：

A_s-A_new≤0.0 (15)

如果式(15)满足，则说明新生成的顶点在已生成的某个集料内部，则需删除新生成的几何，重新执行以上所有步骤，直至式(15)不满足后生成闭合的不规则集料几何，继续执行以下步骤。

(3)判断以前生成的多边形顶点是否在新生成的不规则集料几何内：

首先，遍历已生成的Q个集料，并获得每一个被遍历集料的面积A_s：

A_s＝A_temporary(i),i＝1,2,3…Q (16)

在被遍历的已生成任意集料上任取一点，设为同时在新生成的集料集合上任取两点，分别设为/>计算已生成任意集料上任意一点与新生成集料构成的三角形面积之和：

最后，通过式(18)判断已生成集料的几何顶点是否在新生成集料内部：

A_s-A_new≤0.0 (18)

如果式17满足，则说明某个已生成的集料几何顶点在新生成的集料内部，则需要删除新生成的几何，重新执行步骤以上所有步骤，直到式(17)不满足后生成闭合的集料几何，继续执行以下步骤。

(4)判断新生成集料几何与已经生成的集料几何是否存在边相交的情况：

首先，遍历新生成不规则集料几何的n条边，并获得该边的两端坐标分别为n₁、n₂。然后遍历已生成的不规则集料几何Q，在第Q个已生成不规则集料几何中，遍历Q的所有边，并获得任意边的两端坐标q₁、q₂。最后，通过下式判断新生成集料几何和已生成集料几何的边是否存在相交：

如果式(19)同时满足，则说明新生成不规则集料几何上的某条边与已生成集料上的某条边相交，则需要删除新生成的不规则集料几何，重新执行上述步骤，直至式(19)不同时满足后，生成满足要求的不规则集料M。

步骤9：判断已生成不规则形状集料的数量是否以满足要求，需计算已生成Q个集料的面积之和A_all，将A_all与步骤7中所获得的当前粒径范围需要的集料面积A_total进行比较，以判断不规则形状集料的数量是否已经满足要求：

其中A_error是已生成集料面积与拟生成集料面积的容差，可自行设定。如果式(21)成立，则停止继续生成指定粒径范围内的不规则形状集料，程序重新分配步骤1中的最大和最小粒径范围，并重复上述所有步骤，开始生成下一粒径范围内的不规则形状集料。如果式(21)不成立，则继续执行上述步骤，生成指定粒径范围的更多不规则形状集料。

步骤10：不断循环和重复上述步骤，直至生成满足目标集料孔隙率和粒径分布的不规则形状集料。

本发明还公开一种透水型再生水稳集料离散元数值模型生成方法，包括上述的多用途二维不规则形状集料随机生成算法，其特征在于，主要包括如下步骤：

(1)根据权利要求1的所有步骤，生成具有不规则形状的多边形集料几何模型(图1)；

(2)在拟生成水稳集料的范围内，均匀生成紧密堆积的球形颗粒，球形颗粒的粒径控制为最小集料尺寸的1/10，使其自动计算至平衡状态；

(3)根据骨料的类型(碎石、旧砂浆和旧红砖)和含量，编写随机算法，随机选择步骤(2)中生成的不规则形状多边形集料，直至满足不同骨料的含量，将位于选中集料内的颗粒进行分组，将位于集料几何内的颗粒分别分组为‘NG’、‘RM’和‘RB’，将位于集料几何以外的颗粒分组为mortar。由此获得密实型水稳集料的设置模型(图2)。

(4)通过随机算法删除步骤(3)试样中mortar分组的颗粒，构造随机透水孔隙，以满足透水型水稳集料设计的目标孔隙率(图3)；

(5)在通过步骤(4)获得透水型再生水稳集料离散元数值模型后，通过接触判断识别水稳试样中的界面过渡区(ITZ)，以模拟透水型水稳集料界面的损伤特征。

(6)通过对NG、RM、RB、ITZ和mortar颗粒赋予不同的材料粘结参数，可分别模拟透水型水稳集料中骨料和砂浆的力学行为，用于研究其在外部荷载作用下的动态破坏演化机理、颗粒破碎机理、界面过渡区损伤机理以及水稳材料强度劣化的细观机制。

有益效果

本发明的多用途不规则形状集料随机生成算法，可随机生成具有真实骨料轮廓和粒径的集料几何模型，为包括但不仅限于透水型再生水稳集料离散元模型生成提供基础算法，可解决包括但不仅限于透水型再生水稳集料离散元模型无法真实考虑骨料随机形状、级配和骨料类型的问题。本发明的透水型再生水稳集料离散元模型生成方法基于多用途不规则形状集料随机生成算法，在不需要对透水性再生水稳集料试件内部信息进行完全捕捉的情况下，高效快速且能够真实生成可用于开展数值模拟研究的透水型再生水稳集料数值模型，可通过数值模拟开展其在外部荷载作用下的动态破坏演化机理、颗粒破碎机理、界面过渡区损伤机理以及水稳材料强度劣化的细观机制研究，节约室内试验成本，为建筑固废再生骨料的高值化可持续利用提供科学的理论依据

附图说明

图1为本发明二维不规则形状集料示意图。

图2为本发明密实型再生水稳集料离散元模型。

图3为本发明透水型再生水稳集料离散元模型。

具体实施方式

实施例1

一种多用途二维不规则形状集料随机生成算法，使用设计级配和孔隙率，来生成具有不规则形状特征和特定粒径范围的集料几何模型，其特征在于，包括以下主要步骤：

步骤1：指定拟生成不规则集料的级配，每个级配区间均存在集料尺寸的最大值s_max和最小值s_min。首先计算集料分别在x和y方向上的等效半径R_x和R_y：

步骤2：指定拟生成不规则多边形集料的范围Ω{x∈(x₁,x₂),y∈(y₁,y₂)}、多边形边的数量N以及多变形的形状系数F_s，F_s∈(0,1)。其中多边形的数量N根据设定的范围随机生成，其中N∈[N_min,N_max]。

N＝N_min+(N_max-N_min)*random(0,1) (2)

步骤3：使用步骤1中的集料等效半径R、步骤2中的集料生成范围Ω{x∈(x₁,x₂),y∈(y₁,y₂)}以及随机函数在拟生成多边形集料的范围内生成多边形的第一个顶点(x₀,y₀)：

步骤4：单个集料的第i个顶点生成遵循逆时针的原则，根据边的数量N、形状系数F_s和随机函数生成N个随机角度序列，并存储为N维数组d(i),i∈[1,N]。其中生成方法为：

(1)循环N次，使用式(5)随机生成N个随机角度，并将其存储到N位数组d(i)中；

d(i)＝2π*(1+(2*random(0,1)*F_s)/N) (5)

(2)将上述生成的N个随机角度序列进行累加，得到所有角度和d_sum；

(3)根据d(i)和d_sum生成N个用于计算的角度，并用于计算i个顶点的坐标。为了使闭合的多边形内角和为360°，将d(i)根据比例分成N份，并存储为数组d(i)：

(4)由于初始坐标点已通过步骤3实现，令角度数组d(i)的第一个值为0，即d(1)＝0，并循环计算多边形第i个累计角度degree(i)＝，用于计算第i个顶点的坐标：

degree(i)＝degree(i-1)+d(i-1),i＝2,3,4…N (7)

步骤5：根据步骤1所得的等效半径R_x和R_y、步骤2所得的多边形边数N、步骤3所得的初始几何顶点(x₀,y₀)以及步骤4累计角度degree(i)分别计算拟生成变形的N个顶点坐标：

当N个顶点坐标生成完毕后，令N+1顶点的坐标等于初始顶点坐标，即：

到此，一个闭合的不规则形状集料生成完毕。

步骤6：根据已生成不规则多边形的N各顶点计算面积A_temporary，其中，x(i)和y(i)从步骤5中获取：

步骤7：结合步骤1中设定的生成不规则集料的试样范围W和H，并结合试样设定的孔隙率ρ和每档集料的含量P_i，计算每一档集料的总面积：

A_total＝W*H*(1-ρ)*P_i (11)

步骤8：不断重复步骤1-7，继续生成不规则集料。假设在生成第M个不规则集料时时，需要进行重叠判断，以保证新生成集料的顶点均不在已生成集料内部以及保证新生成集料的边与已生成集料的边均不相交：

(1)假设已生成了Q个不规则集料，根据已生成Q个不规则集料的面积A_temporary(i)，构建一个已生成不规则集料的面积序列A_temporary(i)i＝1,2,3…Q，其中A_temporary(i)是Q维数组。在每个集料生成时，将其面积存储到A_temporary(i)中：

A_temporary(i)＝A_temporary(x),x＝1,2,3…Q (12)

(2)判断新生成顶点均是否在已生成集料的内部：

在重复1-7步骤生成集料M时，每生成一个顶点时，计算点O与已生成集料顶点所构成的面积。首先，遍历已生成的Q个集料，并获得每一个被遍历集料的面积A_s：

A_s＝A_temporary(i),i＝1,2,3…Q (13)

每遍历每一个已生成集料，在被遍历的几何上任取两点(x_i,y_i)、(x_i+1,y_i+1)，其中(x_i,y_i)、(x_i+1,y_i+1)由步骤5获得，随后，计算被遍历已生成集料几何上所有点与拟生成顶点的三角形面积A_new。假设被遍历的已生成集料的边数为N，假设根据步骤2计算的拟新生成的不规则集料的边数为n，计算新生成顶点与已生成集料构成的三角形面积和：

最后，根据式15判断新生成顶点是否在已生成集料的内部：

A_s-A_new≤0.0 (15)

如果式(15)满足，则说明新生成的顶点在已生成的某个集料内部，则需删除新生成的几何，重新执行以上所有步骤，直至式(15)不满足后生成闭合的不规则集料几何，继续执行以下步骤。

(3)判断以前生成的多边形顶点是否在新生成的不规则集料几何内：

首先，遍历已生成的Q个集料，并获得每一个被遍历集料的面积A_s：

A_s＝A_temporary(i),i＝1,2,3…Q (16)

在被遍历的已生成任意集料上任取一点，设为同时在新生成的集料集合上任取两点，分别设为/>计算已生成任意集料上任意一点与新生成集料构成的三角形面积之和：

最后，通过式(18)判断已生成集料的几何顶点是否在新生成集料内部：

A_s-A_new≤0.0 (18)如果式18满足，则说明某个已生成的集料几何顶点在新生成的集料内部，则需要删除新生成的几何，重新执行步骤以上所有步骤，直到式(17)不满足后生成闭合的集料几何，继续执行以下步骤。

(4)判断新生成集料几何与已经生成的集料几何是否存在边相交的情况：

首先，遍历新生成不规则集料几何的n条边，并获得该边的两端坐标分别为n₁、n₂。然后遍历已生成的不规则集料几何Q，在第Q个已生成不规则集料几何中，遍历Q的所有边，并获得任意边的两端坐标q₁、q₂。最后，通过下式判断新生成集料几何和已生成集料几何的边是否存在相交：

如果式(19)同时满足，则说明新生成不规则集料几何上的某条边与已生成集料上的某条边相交，则需要删除新生成的不规则集料几何，重新执行上述步骤，直至式(19)不同时满足后，生成满足要求的不规则集料M。

步骤9：判断已生成不规则形状集料的数量是否以满足要求，需计算已生成Q个集料的面积之和A_all，将A_all与步骤7中所获得的当前粒径范围需要的集料面积A_total进行比较，以判断不规则形状集料的数量是否已经满足要求：

其中A_error是已生成集料面积与拟生成集料面积的容差，可自行设定。如果式(21)成立，则停止继续生成指定粒径范围内的不规则形状集料，程序重新分配步骤1中的最大和最小粒径范围，并重复上述所有步骤，开始生成下一粒径范围内的不规则形状集料。如果式(21)不成立，则继续执行上述步骤，生成指定粒径范围的更多不规则形状集料。

步骤10：不断循环和重复上述步骤，直至生成满足目标集料孔隙率和粒径分布的不规则形状集料。

实施例2

一种透水型再生水稳集料离散元数值模型生成方法，包括上述的多用途二维不规则形状集料随机生成算法，其特征在于，主要包括如下步骤：

(1)根据多用途二维不规则形状集料随机生成算法所有步骤1-10生成具有不规则形状的多边形集料几何模型(图1)，在图1中，根据目标级配和骨料的孔隙率生成了不规则形状的随机集料模型，不规则形状随机集料间不存在相交和重合的情况，可将该随机集料模型用于包括但不仅限于透水型再生水稳集料模型的构建，图1中随机集料的位置代表了拟生成水稳试样的骨料位置。

(2)在拟生成水稳集料的范围内，均匀生成紧密堆积的球形颗粒，球形颗粒的粒径控制为最小集料尺寸的1/10，使其自动计算至平衡状态；

(3)根据骨料的类型(天然碎石、再生旧砂浆和再生旧红砖)和含量，编写随机算法，随机选择步骤(2)中生成的不规则形状多边形集料，直至满足不同骨料的含量，将位于选中集料内的颗粒进行分组，将位于集料几何内的颗粒分别分组为‘天然碎石(NG)’、‘再生旧砂浆(RM)’和‘再生旧红砖(RB)’，将位于集料几何以外的颗粒分组为mortar。由此获得密实型水稳集料的设置模型(图2)。在图2中，通过将位于随机集料内部的颗粒按照骨料含量进行随机分组，获得了不包含透水孔隙的密实型水稳集料的离散元数值模型，其中，集料的不同颜色代表了不同的骨料类型。

(4)通过随机算法删除步骤(3)试样中mortar分组的颗粒，构造随机透水孔隙，以满足透水型再生水稳集料设计的目标孔隙率(图3)，在图3中，进一步生成了满足目标透水性能的透水孔隙，完整构建了透水型再生水稳集料的离散元数值模型，可用于开展后续数值模拟研究；

(5)在通过步骤(4)获得透水型再生水稳集料离散元数值模型后，通过接触判断识别水稳试样中的界面过渡区(ITZ)，以模拟透水型水稳集料界面的损伤特征。

(6)通过对NG、RM、RB、ITZ和mortar颗粒赋予不同的材料粘结参数，可分别模拟透水型水稳集料中骨料和砂浆的力学行为，用于研究其在外部荷载作用下的动态破坏演化机理、颗粒破碎机理、界面过渡区损伤机理以及水稳材料强度劣化的细观机制。

发明公开的一种多用途不规则形状集料随机生成算法，生成了具有不规则形状的随机集料，解决了水稳材料数值模拟中具有特定级配的不规则随机集料生成的难题，对促进透水型再生水稳集料的离散元数值模拟研究具有重要的理论意义。发明公开的透水型再生水稳集料离散元数值模型构建方法，生成了具有不同骨料含量、类型和孔隙率的透水性再生水稳集料离散元数值模型，该数值模型能充分考虑颗粒破碎、界面损伤和透水孔隙特征，突破了透水型再生水稳集料模型精度低和建模困难等瓶颈，可为透水型再生水稳集料的数值模拟研究提供精细化的基础模型，促进建筑固废再生骨料在透水型水稳基层中的高值化可持续利用。同时，本发明还具有模型精度高、计算速度快和可灵活定义等优点，可进行批量建模，以满足不同工况下透水型再生水稳基层集料的数值模拟研究。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种多用途二维不规则形状集料随机生成方法，使用随机函数和极坐标函数来生成具有不规则形状特征和特定粒径的集料模型，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：指定拟生成不规则集料的级配，每个级配区间均存在集料尺寸的最大值s_max和最小值s_min；首先计算集料分别在x和y方向上的等效半径R_x和R_y：

步骤2：指定拟生成不规则多边形集料的范围Ω{x∈(x₁，x₂)，y∈(y₁，y₂)}、多边形边的数量N以及多变形的形状系数F_s，F_s∈(0，1)；其中多边形的数量N根据设定的范围随机生成，其中N∈[N_min，N_max]：

N＝N_min+(N_max-N_min)*random(0，1) (2)

步骤3：使用步骤1中的集料等效半径R、步骤2中的集料生成范围Ω{x∈(x₁，x₂)，y∈(y₁，y₂)}以及随机函数在拟生成多边形集料的范围内生成多边形的第一个顶点(x₀，y₀)：

步骤4：单个集料的第i个顶点生成遵循逆时针原则，根据边的数量N、形状系数F_s和随机函数生成N个随机角度序列，并存储为N维数组d(i)，i∈[1，N]；其中生成方法为：

(1)循环N次，使用式(5)随机生成N个随机角度，并将其存储到N维数组d(i)中；

d(i)＝2π*(1+(2*random(0，1)*F_s)/N) (5)

(2)将上述生成的N个随机角度序列进行累加，得到所有角度和d_sum；

(3)根据d(i)和d_sum生成N个用于计算的角度，并用于计算第i个顶点的坐标；为了使闭合的多边形内角和为360°，并存储为数组D(i)：

(4)由于初始坐标点已通过步骤3实现，令角度初始值degree(i)的第1个值为0，即degree(1)＝0，并循环计算多边形第i个累计角度degree(i)，用于计算第i个顶点的坐标：

degree(i)＝degree(i-1)+D(i-1)，i＝2，3，4...N (7)

步骤5：根据步骤1所得的等效半径R_x和R_y、步骤2所得的多边形边数N、步骤3所得的初始几何顶点(x₀，y₀)以及步骤4累计角度degree(i)，适用式(8)所示的极坐标函数分别计算拟生成变形的N个顶点坐标：

当N个顶点坐标生成完毕后，令N+1顶点的坐标等于初始顶点坐标，即：

x(N+1)＝x(1) (9)

y(N+1)＝y(1)

到此，一个闭合的不规则形状集料生成完毕；

步骤6：根据已生成不规则多边形的N各顶点计算面积A_temporary，其中，x(i)和y(i)从步骤5中获取：

步骤7：结合步骤3中设定的生成不规则集料的试样范围W和H，并结合试样设定的孔隙率ρ和每档集料的含量P_i，计算每一档集料的总面积：

A_total＝W*H*(1-ρ)*P_i (11)

步骤8：不断重复步骤1-7，继续生成不规则集料；假设在生成第M个不规则集料时，需要进行重叠判断，以保证新生成集料的顶点均不在已生成集料内部以及保证新生成集料的边与已生成集料的边均不相交：

步骤9：判断已生成不规则形状集料的数量是否以满足要求，需计算已生成Q个集料的面积之和A_all，将A_all与步骤7中所获得的当前粒径范围需要的集料面积A_total进行比较，以判断不规则形状集料的数量是否已经满足要求：

其中A_error是已生成集料面积与拟生成集料面积的容差，可自行设定；如果式(21)成立，则停止继续生成指定粒径范围内的不规则形状集料，程序重新分配步骤1中的最大和最小粒径范围，并重复上述所有步骤，开始生成下一粒径范围内的不规则形状集料；如果式(21)不成立，则继续执行上述步骤，生成指定粒径范围的更多不规则形状集料；

步骤10：不断循环和重复上述步骤，直至生成满足目标集料孔隙率和粒径分布的不规则形状集料。

2.根据权利要求1所述的多用途二维不规则形状集料随机生成方法，其特征为：所述步骤8进一步包括如下内容：

(1)假设已生成了Q个不规则集料，根据已生成Q个不规则集料的面积A_temporary(i)，构建一个已生成不规则集料的面积序列A_temporary(i)i＝1,2,3...Q，其中A_temporary(i)是Q维数组；在每个集料生成时，将其面积存储到A_temporary(i)中：

A_temporary(i)＝A_temporary(x)，x＝1,2,3...Q (12)

(2)判断新生成顶点均是否在已生成集料的内部：

在重复1-7步骤生成集料M时，每生成一个顶点时，计算点O与已生成集料顶点所构成的面积；首先，遍历已生成的Q个集料，并获得每一个被遍历集料的面积A_s：

A_s＝A_temporary(i)，i＝1,2,3...Q (13)

每遍历每一个已生成集料，在被遍历的几何上任取两点(x_i，y_i)、(x_i+1，y_i+1)，其中(x_i，y_i)、(x_i+1，y_i+1)由步骤5获得，随后，计算被遍历已生成集料几何上所有点与拟生成顶点的三角形面积A_new；假设被遍历的已生成集料的边数为N，假设根据步骤2计算的拟新生成的不规则集料的边数为n，计算新生成顶点与已生成集料构成的三角形面积和：

最后，根据式(15)判断新生成顶点是否在已生成集料的内部：

A_s-A_new≤0.0 (15)

如果式(15)满足，则说明新生成的顶点在已生成的某个集料内部，则需删除新生成的几何，重新执行以上所有步骤，直至式(15)不满足后生成闭合的不规则集料几何，继续执行以下步骤；

(3)判断以前生成的多边形顶点是否在新生成的不规则集料几何内：

首先，遍历已生成的Q个集料，并获得每一个被遍历集料的面积A_s：

A_s＝A_temporary(i)，i＝1，2，3...Q (16)

在被遍历的已生成任意集料上任取一点，设为同时在新生成的集料集合上任取两点，分别设为/>计算已生成任意集料上任意一点与新生成集料构成的三角形面积之和：

最后，通过式(18)判断已生成集料的几何顶点是否在新生成集料内部：

A_s-A_new≤0.0 (18)

如果式18满足，则说明某个已生成的集料几何顶点在新生成的集料内部，则需要删除新生成的几何，重新执行步骤以上所有步骤，直到式(17)不满足后生成闭合的集料几何，继续执行以下步骤；

(4)判断新生成集料几何与已经生成的集料几何是否存在边相交的情况：

首先，遍历新生成不规则集料几何的n条边，并获得该边的两端坐标分别为n₁、n₂；然后遍历已生成的不规则集料几何Q，在第Q个已生成不规则集料几何中，遍历Q的所有边，并获得任意边的两端坐标q₁、q₂；最后，通过下式判断新生成集料几何和已生成集料几何的边是否存在相交：

如果式(19)同时满足，则说明新生成不规则集料几何上的某条边与已生成集料上的某条边相交，则需要删除新生成的不规则集料几何，重新执行上述步骤，直至式(19)不同时满足后，生成满足要求的不规则集料M。

3.一种透水型再生水稳集料离散元数值模型生成方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据权利要求1-2任一所述的一种多用途二维不规则形状集料随机生成方法，生成具有不规则形状的多边形集料几何模型；

(2)在拟生成水稳集料的范围内，均匀生成紧密堆积的球形颗粒，球形颗粒的粒径控制为最小集料尺寸的1/10，使其自动计算至平衡状态；

(3)根据骨料的类型和含量，编写随机算法，随机选择步骤(2)中生成的不规则形状多边形集料，直至满足不同骨料的含量，将位于选中集料内的颗粒进行分组，将位于集料几何内的颗粒分别分组为天然碎石NG、再生旧砂浆RM和再生旧红砖RB，将位于集料几何以外的颗粒分组为砂浆mortar，由此获得密实型水稳集料的设置模型；

(4)通过随机算法删除步骤(3)试样中mortar分组的颗粒，构造随机透水孔隙，以满足透水型水稳集料设计的目标孔隙率；

(5)在通过步骤(4)获得透水型再生水稳集料离散元数值模型后，通过接触判断识别水稳试样中的界面过渡区ITZ，以模拟透水型水稳集料界面的损伤特征；

(6)通过对NG、RM、RB、ITZ和mortar颗粒赋予不同的材料粘结参数，可分别模拟透水型水稳集料中骨料和砂浆的力学行为。

4.根据权利要求3所述的透水型再生水稳集料离散元数值模型生成方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述集料分组方法为：遍历模型域内所有已经生成的不规则集料几何，同时生成0-1之间的随机数，并设置随机数的阈值，该值与实际试样中不同骨料类型的含量一致；若随机数小于特定类型骨料的含量，则当前被遍历的几何被选中；同时，将位于该几何内的颗粒分组为特定的骨料类型NG、RM、RB，而将几何外部的颗粒分组为mortar，直至不同类型骨料含量与设计值一致。

5.根据权利要求3所述的透水型再生水稳集料离散元数值模型生成方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述透水孔隙的生成方法为：

遍历所有分组为mortar的颗粒，同时生成0-1之间的随机数，并设置随机数的阈值，该值与实际试样中的目标孔隙率一致；若随机数小于试样的目标孔隙率，则当前被遍历的分组为mortar的颗粒被选中，并重新分组为void，直至离散元模型孔隙率与设计值一致，然后删除分组为void的颗粒，以获得具有透水孔隙的偷属性再生水稳集料离散元数值模型。

6.根据权利要求3所述的透水型再生水稳集料离散元数值模型生成方法，其特征在于，在步骤(5)中，识别ITZ的方法为：遍历试样中的所有相互接触颗粒的分组，如果颗粒的接触为骨料-骨料和骨料-mortar，则通过接触算法识别组间边界，并将其接触分组为ITZ，以此完成ITZ的单独分组。

7.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行权利要求3至6中任意一项所述的方法。

8.一种电子装置，其特征在于，包含处理器和存储器；所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器用于运行所述计算机可读指令，其中，所述计算机可读指令运行时执行权利要求3至6中任意一项所述的方法。