CN116306189A - 一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法及装置 - Google Patents

一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116306189A
CN116306189A CN202310433744.1A CN202310433744A CN116306189A CN 116306189 A CN116306189 A CN 116306189A CN 202310433744 A CN202310433744 A CN 202310433744A CN 116306189 A CN116306189 A CN 116306189A
Authority
CN
China
Prior art keywords
seepage
numerical
rock sample
fluid
sample model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310433744.1A
Other languages
English (en)
Inventor
王海洋
周德胜
邹易
接叶楠
杜鑫伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Shiyou University
Original Assignee
Xian Shiyou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Shiyou University filed Critical Xian Shiyou University
Priority to CN202310433744.1A priority Critical patent/CN116306189A/zh
Publication of CN116306189A publication Critical patent/CN116306189A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/25Design optimisation, verification or simulation using particle-based methods
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10Numerical modelling
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00Details relating to the application field
    • G06F2113/08Fluids
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法及装置,本发明利用离散元方法建立岩土模型,采用颗粒组装岩土相比较有限元、边界元这些方法完全真实的还原了岩土骨架的实际状态,在此基础上本发明利用流固耦合算法在岩土模型的孔隙喉道中生成流体流动的渗流网络,去模拟流体在岩土孔隙喉道的渗流过程,将渗流力的作用以体积力的形式施加给岩土颗粒,从而最终实现了基于离散元颗粒流模拟流体渗流过程中岩土所受渗流力的作用,从而为下一步分析工程力学问题提供可靠的数值模拟方法。

Description

一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法及 装置
技术领域
本发明涉及岩土力学工程领域,特别涉及一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法及装置。
背景技术
渗流力又称为渗透力,指的是单位体积流体渗流通过岩土孔隙喉道时对岩土颗粒施加的拖曳力作用。渗流力是岩土工程力学领域重要的研究对象,该力直接作用于岩土的骨架单元体,改变岩土骨架的有效应力状态。渗流力是影响边坡失稳,掌子面破坏,大坝垮塌,水力裂缝扩展轨迹等工程问题的重要因素。研究渗流力作用大小,模拟渗流力对岩石或者土体骨架的作用状态,对于解决工程难题和施工方案进行优化设计至关重要。
边界元、有限元、有限差分等连续介质体数值模拟方法,在模拟分析岩土工程领域大变形破坏和渐变破坏等问题时有着非常大的局限性和缺点,而离散元颗粒流方法利用颗粒组装形成岩石,可以最大程度的还原岩土的变形特征和力学响应,因此近些年逐渐成为数值模拟方法的研究热点,然而如何利用离散元颗粒流方法模拟流体渗流过程中渗流力对岩土颗粒的作用鲜有报道,渗流力作用的模拟依旧是离散元颗粒流数值模拟方法需要攻克的难题之一。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法及装置,通过本发明能够为岩土工程师提供可靠的数值模拟,对实际工程起到指导意义。
本发明采用的技术方案如下:
一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法,包括如下过程:
建立数值岩样模型:利用幂函数分布的粒径级配设置颗粒的粒径,然后在PFC离散元软件中根据实际需要建立所述数值岩样模型;
数值岩样模型细观参数的标定:采用LinearParallelBond模型对建立的数值岩样模型进行胶结成样,利用实际岩样的力学参数对数值岩样模型的细观参数进行标定,利用实际岩样的渗流控制参数对流固耦合算法的流体域通道开度m进行标定;
数值岩样模型渗流网络的生成和边界条件的设置:利用离散元颗粒流方法的流固耦合算法在进行了细观参数标定的数值岩样模型中生成渗流网络,在数值岩样模型中设置流体的注入条件和流出条件;
流体渗流过程模拟与渗流力作用施加:按照边界条件,利用设置了渗流网络的数值岩样模型进行流体非稳态渗流过程的模拟,同时将流体渗流过程中渗流力的作用施加给数值岩样模型的颗粒,以模拟渗流力对岩土变形破坏的作用;
渗流力作用的监测与工程问题的数值模拟:利用Fish函数编写的脚本文件对数值岩样模型所受渗流力的作用大小进行实时监测,当渗流力作用稳定以后进行工程实际问题的数值模拟工作。
优选的,对已建立的数值岩样模型中的悬浮颗粒进行处理,使数值岩样模型生成的渗流网络避免产生孔洞;
对已建立的数值岩样模型中的悬浮颗粒进行处理的过程包括:
利用ball.contactmap函数编写脚本文件判识所有颗粒的接触数量,将接触数量≤2的颗粒判识为悬浮颗粒,然后利用ball.radius函数将所有悬浮颗粒的粒径增大1~1.5倍,保证悬浮颗粒的数量≤5。
优选的,利用实际岩样的力学参数对数值岩样模型的细观参数进行标定时,利用PFC软件岩石单轴拉伸和单轴压缩数值模拟实验对数值岩样模型的细观参数进行标定,通过不断的调整细观参数的数值,直到PFC软件岩石单轴拉伸和单轴压缩数值模拟实验测量得到的岩样的力学参数与实际岩样的力学参数之间误差小于预设值为止,数值岩样模型的细观参数标定完成;
所述数值岩样模型的细观参数包括拉伸强度pb_ten、内聚力pb_coh、内摩擦系数pb_fa、有效模量pb_emod和刚度比pb_kratio,所述岩样的力学参数包括泊松比ν、杨氏模量E、抗拉强度σt和抗压强度σf
优选的,利用实际岩样的渗流控制参数对流固耦合算法的流体域通道开度m进行标定时,利用PFC软件的达西渗流数值模拟实验,在流体稳态渗流流动条件下对流固耦合算法的流体域通道开度m进行标定;标定过程中调整m的数值直到达西渗流数值模拟实验测量得到的数值岩样模型的渗透率k与实际岩样的渗流控制参数误差小于预设值为止,标定完成。
优选的,利用PFC软件的dom函数文件在数值岩样模型中生成渗流网络,设置注入条件为恒定压力Pw驱替,流出条件为0MPa固定水压力。
优选的,流体渗流过程模拟与渗流力作用施加时:
流体在渗流网络中的流动方式为圆管泊肃叶流动,圆管泊肃叶流动满足如下关系:
Figure BDA0004191329080000031
其中,Q为流体域的流量,m为流体域通道开度,Δp为两个相邻流体域之间的压差,L为流动通道的长度,μ为流体的粘度;
流体渗流过程中颗粒所受的渗流力大小如下:
Figure BDA0004191329080000032
其中,Fseepage force为渗流力,P为流体域的孔隙压力,ni为颗粒两个相邻接触点连线段的法向向量,s为颗粒两相邻接触点之间连线段的长度;
利用ball.force.app函数在每个循环的时间步将Fseepageforce施加给数值岩样模型的颗粒,从而模拟渗流力对岩土变形破坏的作用。
优选的,利用Fish函数编写的脚本文件对数值岩样模型所受渗流力的作用大小进行实时监测的过程包括:
首先在数值岩样模型中选择一区域作为渗流力的监测区域;
然后利用ball.list函数遍历渗流力监测区域内的所有颗粒,利用ball.force.app函数将所有颗粒施加的渗流力累加起来,从而得到渗流力监测区域内颗粒所受渗流力总的大小Ftot,最后利用history函数对渗流力监测区域内渗流力总的大小Ftot进行实时监测。
本发明还提供了一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟装置,包括:
数值模拟模块,用于:
建立数值岩样模型:利用幂函数分布的粒径级配设置颗粒的粒径,然后在PFC离散元软件中根据实际需要建立所述数值岩样模型;
数值岩样模型细观参数的标定:采用LinearParallelBond模型对建立的数值岩样模型进行胶结成样,利用实际岩样的力学参数对数值岩样模型的细观参数进行标定,利用实际岩样的渗流控制参数对流固耦合算法的流体域通道开度m进行标定;
数值岩样模型渗流网络的生成和边界条件的设置:利用离散元颗粒流方法的流固耦合算法在进行了细观参数标定的数值岩样模型中生成渗流网络,在数值岩样模型中设置流体的注入条件和流出条件;
流体渗流过程模拟与渗流力作用施加:按照边界条件,利用设置了渗流网络的数值岩样模型进行流体非稳态渗流过程的模拟,同时将流体渗流过程中渗流力的作用施加给数值岩样模型的颗粒,以模拟渗流力对岩土变形破坏的作用;
渗流力作用的监测与工程问题的数值模拟:利用Fish函数编写的脚本文件对数值岩样模型所受渗流力的作用大小进行实时监测,当渗流力作用稳定以后进行工程实际问题的数值模拟工作。
本发明还提供了一种电子设备,包括:
一个或多个处理器;
存储装置,其上存储有一个或多个程序;
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,使得所述一个或多个处理器实现本发明如上所述的基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法。
本发明还提供了一种存储介质,其上存储有计算机程序,其中,所述计算机程序被处理器执行时实现发明如上所述的基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法。
本发明具有如下有益效果:
本发明建立了一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法,利用该方法能够精准模拟流体渗流过程中渗流力对岩土骨架的作用,从而为分析渗流力作用下岩土变形和破坏,以及为工程实际问题中渗流作用的模拟提供可靠的数值模拟方法。
附图说明
图1为本发明基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法的流程图。
图2为本发明实施例1中的数值岩样模型。
图3为本发明实施例1中数值岩样模型达西渗流实验孔隙压力分布场。
图4为本发明实施例1中数值岩样模型颗粒所受渗流力场分布图。
图5为本发明实施例2中的数值岩样模型。
图6为本发明实施例2中数值岩样模型达西渗流实验孔隙压力分布场。
图7为本发明实施例2中数值岩样模型颗粒所受渗流力场分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
为了克服离散元颗粒流方法无法模拟岩土渗流力的难题,本发明采用的原理如下:流体在岩土的孔隙喉道流动过程中会对岩土颗粒施加拖曳力及渗流力作用,渗流力会影响岩土的变形和破坏特征。本发明利用离散元方法建立岩土模型,采用颗粒组装岩土相比较有限元、边界元等方法完全真实的还原了岩土骨架的实际状态,在此基础上本发明利用流固耦合算法在岩土模型的孔隙喉道中生成流体流动的渗流网络,去模拟流体在岩土孔隙喉道的渗流过程,将渗流力的作用以体积力的形式施加给岩土颗粒,从而最终实现了基于离散元颗粒流模拟流体渗流过程中岩土所受渗流力的作用,从而为下一步分析工程力学问题提供可靠的数值模拟方法。
本发明的技术方案具体如下:
参见图1,基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法包括如下步骤:
步骤1:实际岩样宏观参数的收集:收集实际岩样宏观参数,包括岩石力学参数:泊松比ν,杨氏模量E,抗拉强度σt,抗压强度σf;岩石渗流控制参数:岩石渗透率K。
步骤2:数值岩样模型的建立:利用幂函数分布的粒径级配设置颗粒的粒径,然后在PFC离散元软件中根据后续工程模拟的实际需要建立数值岩样模型。建立数值岩样模型以后,对悬浮颗粒进行处理从而保证下述步骤4中生成的渗流网络不会产生奇异点(即孔洞),对悬浮颗粒进行处理的过程如下:首先利用ball.contactmap函数编写脚本文件判识所有颗粒的接触数量,将接触数量≤2的颗粒判识为悬浮颗粒,然后利用ball.radius函数将所有悬浮颗粒的粒径增大1~1.5倍,保证悬浮颗粒的数量≤5。
步骤3:数值岩样模型细观参数的标定:选择LinearParallelBond模型对数值岩样模型进行胶结成样,利用步骤1中收集的实际岩样的力学参数对数值岩样模型的细观参数进行标定,标定时:利用PFC软件岩石单轴拉伸和单轴压缩数值模拟实验对数值岩样模型的细观参数进行标定,其中,细观参数包括拉伸强度pb_ten、内聚力pb_coh、内摩擦系数pb_fa、有效模量pb_emod和刚度比pb_kratio。通过不断的调整拉伸强度pb_ten、内聚力pb_coh、内摩擦系数pb_fa、有效模量pb_emod和刚度比pb_kratio这五个参数的数值,直到PFC软件岩石单轴拉伸和单轴压缩数值模拟实验测量得到的泊松比ν、杨氏模量E、抗拉强度σt和抗压强度σf与步骤1中实际岩样收集的力学参数值之间误差小于2%为止,细观参数标定完成;
利用步骤1中收集的实际岩样的渗流控制参数对流固耦合算法的流体域通道开度m进行标定,标定时:利用PFC软件的达西渗流数值模拟实验,在流体稳态渗流流动条件下对流固耦合算法的流体域通道开度m进行标定,从而保证后续渗流力模拟的准确性;标定过程中调整m的数值直到达西渗流数值模拟实验测量得到的数值岩样模型的渗透率k与步骤1收集的实际岩样的渗流控制参数误差小于1%为止,流体域通道开度m标定完成。
步骤4:数值岩样模型渗流网络的生成和边界条件的设置:利用离散元颗粒流方法的流固耦合算法在数值岩样模型中生成渗流网络,在数值岩样模型中设置流体的注入条件和流出条件。具体的,本步骤中,利用PFC软件的dom函数文件在数值岩样模型中生成渗流网络,设置注入条件为恒定压力Pw驱替,流出条件为0MPa固定水压力。
步骤5:流体渗流过程模拟与渗流力作用施加:按照边界条件,利用步骤4中的设置了渗流网络的数值岩样模型进行流体非稳态渗流过程的模拟,同时将流体渗流过程中渗流力的作用施加给数值岩样模型的颗粒,模拟渗流力对岩土变形破坏的作用。具体的,流体在渗流网络中的流动方式为圆管泊肃叶流动,圆管泊肃叶流动满足如下关系:
Figure BDA0004191329080000071
其中,Q为流体域的流量,m为流体域通道开度,Δp为两个相邻流体域之间的压差,L为流动通道的长度,μ为流体的粘度。
流体渗流过程中颗粒所受的渗流力大小如下:
Figure BDA0004191329080000072
其中,Fseepage force为渗流力,P为流体域的孔隙压力,ni为颗粒两个相邻接触点连线段的法向向量,s为颗粒两相邻接触点之间连线段的长度;
利用ball.force.app函数在每个循环的时间步将Fseepageforce施加给数值岩样模型的颗粒从而模拟渗流力对岩土变形破坏的作用。
步骤6:渗流力作用的监测与工程问题的数值模拟:利用Fish函数编写的脚本文件对数值岩样模型所受渗流力的作用大小进行实时监测,当渗流力作用稳定以后进行工程实际问题的数值模拟工作。具体的,利用fish函数编写脚本文件监测渗流力作用的过程如下:
首先在数值岩样模型中选择一长为L1、宽为W的长方形区域作为渗流力的监测区域,然后利用ball.list函数遍历该区域内的所有颗粒,利用ball.force.app函数将所有颗粒施加的渗流力累加起来从而得到该区域颗粒所受渗流力总的大小Ftot,最后利用history函数对该区域渗流力总的大小Ftot进行实时监测。
实施例1:
本实施例基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法包括以下步骤:
步骤1,建立长12cm,宽为5cm的数值岩样模型,进行达西渗流过程中渗流力作用的模拟。实际岩样力学参数为泊松比ν=0.25,杨氏模量E=4.2×10^4MPa,抗拉强度σt=12.5MPa,抗压强度σf=75MPa;岩石渗流控制参数:岩土渗透率K=0.02D。最终建立的数值岩样模型如图2所示。
步骤2,基于采集的实际岩石力学参数结合PFC力学数值模拟实验对数值岩样模型的细观参数进行标定,当模拟结果和实际岩石力学参数误差为1.87%时的标定结果为pb_ten=10MPa、pb_coh=5MPa、pb_fa=0.0、pb_emod=1.5×10^3MPa、pb_kratio=2.0。利用PFC达西渗流数值模拟实验对数值岩样模型的渗透率进行标定,当误差小于0.5%时,开度的标定结果为m=0.1。
步骤3,利用PFC软件的dom函数文件在数值岩样模型中生成渗流网络,设置数值岩样模型左侧2cm的流体域范围为流体的注入端,右侧2cm的流体域范围为流体的流出端其压力恒为0MPa,然后在左侧开始恒压1MPa进行流体驱替,从而模拟达西渗流实验过程。
图3所示是本实施例达西渗流实验模拟稳定时的孔隙压力分布场,对应的颗粒所受渗流力场分布图如图4所示。
实施例2:
本实施例基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法包括以下步骤:
步骤1,建立长0.25m,宽为0.25m的正方形数值岩样模型,模拟水力压裂注液过程中井筒周围岩石颗粒的渗流力作用场。采集的实际岩石力学参数为泊松比ν=0.23,杨氏模量E=8.7×10^4MPa,抗拉强度σt=15.3MPa,抗压强度σf=95MPa;岩石渗流控制参数:岩土渗透率K=20mD。最终建立的数值岩样模型如图5所示。
步骤2,基于采集的实际岩石力学参数结合PFC力学数值模拟实验对数值岩样模型的细观参数进行标定,当模拟结果和实际岩石力学参数误差为1.5%时标定结果为pb_ten=12.0MPa、pb_coh=30.0MPa、pb_fa=45.0、pb_emod=3.2×10^4MPa、pb_kratio=1.6;利用PFC达西渗流数值模拟实验对数值岩样模型的渗透率进行标定,当误差小于0.2%时,开度的标定结果为m=0.00078。
步骤3,利用PFC软件的dom函数文件在数值岩样模型中生成渗流网络,设置数值岩样模型中间井筒为流体的注入端,数值岩样模型四个边界为流体的流出端其压力恒为0MPa,然后在井筒开始以恒定流量2.5×10^-3m3/s进行流体驱替,从而模拟水力压裂的注液过程。
图6所示是本实施例循环1万步以后井筒周围的孔隙压力场分布图,对应的颗粒所受渗流力场分布图如图7所示。

Claims (10)

1.一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法,其特征在于,包括如下过程:
建立数值岩样模型:利用幂函数分布的粒径级配设置颗粒的粒径,然后在PFC离散元软件中根据实际需要建立所述数值岩样模型;
数值岩样模型细观参数的标定:采用LinearParallelBond模型对建立的数值岩样模型进行胶结成样,利用实际岩样的力学参数对数值岩样模型的细观参数进行标定,利用实际岩样的渗流控制参数对流固耦合算法的流体域通道开度m进行标定;
数值岩样模型渗流网络的生成和边界条件的设置:利用离散元颗粒流方法的流固耦合算法在进行了细观参数标定的数值岩样模型中生成渗流网络,在数值岩样模型中设置流体的注入条件和流出条件;
流体渗流过程模拟与渗流力作用施加:按照边界条件,利用设置了渗流网络的数值岩样模型进行流体非稳态渗流过程的模拟,同时将流体渗流过程中渗流力的作用施加给数值岩样模型的颗粒,以模拟渗流力对岩土变形破坏的作用;
渗流力作用的监测与工程问题的数值模拟:利用Fish函数编写的脚本文件对数值岩样模型所受渗流力的作用大小进行实时监测,当渗流力作用稳定以后进行工程实际问题的数值模拟工作。
2.根据权利要求1所述的一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法,其特征在于,对已建立的数值岩样模型中的悬浮颗粒进行处理,使数值岩样模型生成的渗流网络避免产生孔洞;
对已建立的数值岩样模型中的悬浮颗粒进行处理的过程包括:
利用ball.contactmap函数编写脚本文件判识所有颗粒的接触数量,将接触数量≤2的颗粒判识为悬浮颗粒,然后利用ball.radius函数将所有悬浮颗粒的粒径增大1~1.5倍,保证悬浮颗粒的数量≤5。
3.根据权利要求1所述的一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法,其特征在于,利用实际岩样的力学参数对数值岩样模型的细观参数进行标定时,利用PFC软件岩石单轴拉伸和单轴压缩数值模拟实验对数值岩样模型的细观参数进行标定,通过不断的调整细观参数的数值,直到PFC软件岩石单轴拉伸和单轴压缩数值模拟实验测量得到的岩样的力学参数与实际岩样的力学参数之间误差小于预设值为止,数值岩样模型的细观参数标定完成;
所述数值岩样模型的细观参数包括拉伸强度、内聚力、内摩擦系数、有效模量和刚度,所述岩样的力学参数包括泊松比、杨氏模量、抗拉强度和抗压强度。
4.根据权利要求1所述的一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法,其特征在于,利用实际岩样的渗流控制参数对流固耦合算法的流体域通道开度进行标定时,利用PFC软件的达西渗流数值模拟实验,在流体稳态渗流流动条件下对流固耦合算法的流体域通道开度进行标定;标定过程中调整流体域通道开度的数值直到达西渗流数值模拟实验测量得到的数值岩样模型的渗透率与实际岩样的渗流控制参数误差小于预设值为止,标定完成。
5.根据权利要求1所述的一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法,其特征在于,利用PFC软件的dom函数文件在数值岩样模型中生成渗流网络,设置注入条件为恒定压力驱替,流出条件为0MPa固定水压力。
6.根据权利要求1所述的一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法,其特征在于,流体渗流过程模拟与渗流力作用施加时:
流体在渗流网络中的流动方式为圆管泊肃叶流动,圆管泊肃叶流动满足如下关系:
Figure FDA0004191329060000021
其中,Q为流体域的流量,m为流体域通道开度,Δp为两个相邻流体域之间的压差,L为流动通道的长度,μ为流体的粘度;
流体渗流过程中颗粒所受的渗流力大小如下:
Figure FDA0004191329060000031
其中,Fseepageforce为渗流力,P为流体域的孔隙压力,ni为颗粒两个相邻接触点连线段的法向向量,s为颗粒两相邻接触点之间连线段的长度;
利用ball.force.app函数在每个循环的时间步将Fseepageforce施加给数值岩样模型的颗粒,从而模拟渗流力对岩土变形破坏的作用。
7.根据权利要求1所述的一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法,其特征在于,利用Fish函数编写的脚本文件对数值岩样模型所受渗流力的作用大小进行实时监测的过程包括:
首先在数值岩样模型中选择一区域作为渗流力的监测区域;
然后利用ball.list函数遍历渗流力监测区域内的所有颗粒,利用ball.force.app函数将所有颗粒施加的渗流力累加起来,从而得到渗流力监测区域内颗粒所受渗流力总的大小,最后利用history函数对渗流力监测区域内渗流力总的大小进行实时监测。
8.一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟装置,其特征在于,包括:
数值模拟模块,用于:
建立数值岩样模型:利用幂函数分布的粒径级配设置颗粒的粒径,然后在PFC离散元软件中根据实际需要建立所述数值岩样模型;
数值岩样模型细观参数的标定:采用LinearParallelBond模型对建立的数值岩样模型进行胶结成样,利用实际岩样的力学参数对数值岩样模型的细观参数进行标定,利用实际岩样的渗流控制参数对流固耦合算法的流体域通道开度m进行标定;
数值岩样模型渗流网络的生成和边界条件的设置:利用离散元颗粒流方法的流固耦合算法在进行了细观参数标定的数值岩样模型中生成渗流网络,在数值岩样模型中设置流体的注入条件和流出条件;
流体渗流过程模拟与渗流力作用施加:按照边界条件,利用设置了渗流网络的数值岩样模型进行流体非稳态渗流过程的模拟,同时将流体渗流过程中渗流力的作用施加给数值岩样模型的颗粒,以模拟渗流力对岩土变形破坏的作用;
渗流力作用的监测与工程问题的数值模拟:利用Fish函数编写的脚本文件对数值岩样模型所受渗流力的作用大小进行实时监测,当渗流力作用稳定以后进行工程实际问题的数值模拟工作。
9.一种电子设备,其特征在于,包括:
一个或多个处理器;
存储装置,其上存储有一个或多个程序;
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至7任意一项所述的基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法。
10.一种存储介质,其特征在于,其上存储有计算机程序,其中,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任意一项所述的基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法。
CN202310433744.1A 2023-04-20 2023-04-20 一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法及装置 Pending CN116306189A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310433744.1A CN116306189A (zh) 2023-04-20 2023-04-20 一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310433744.1A CN116306189A (zh) 2023-04-20 2023-04-20 一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法及装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116306189A true CN116306189A (zh) 2023-06-23

Family

ID=86829006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310433744.1A Pending CN116306189A (zh) 2023-04-20 2023-04-20 一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116306189A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117688823A (zh) * 2024-02-04 2024-03-12 北京航空航天大学 一种岩土颗粒轨迹预测方法、电子设备及介质

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117688823A (zh) * 2024-02-04 2024-03-12 北京航空航天大学 一种岩土颗粒轨迹预测方法、电子设备及介质
CN117688823B (zh) * 2024-02-04 2024-05-14 北京航空航天大学 一种岩土颗粒轨迹预测方法、电子设备及介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Cavity expansion in unsaturated soils exhibiting hydraulic hysteresis considering three drainage conditions
CN106568645B (zh) 一种岩土材料复杂卸荷应力路径试验方法
Hu et al. A constitutive model for unsaturated soils with consideration of inter-particle bonding
CN116306189A (zh) 一种基于离散元颗粒流模拟岩土渗流力的数值模拟方法及装置
CN110261573A (zh) 一种高位岩质滑坡稳定性动态数值评价方法
CN106124316A (zh) 散粒体岩土材料各向异性的室内真三轴试验方法
Ma et al. Hydraulic and mechanical behavior of unsaturated silt: Experimental and theoretical characterization
CN107860655A (zh) 一种架空输电线路湿陷性黄土地基应力应变模拟方法
Zhang Limitations of suction‐controlled triaxial tests in the characterization of unsaturated soils
Alsherif et al. Measuring the soil water–retention curve under positive and negative matric suction regimes
CN110220787A (zh) 一种测定裂隙岩体试件水岩耦合弱化效应的加载路径方法
Simeoni Laboratory tests for measuring the time-lag of fully grouted piezometers
Fredlund Relationship between the laboratory SWCCs and field stress state
Wang et al. Coupled hydro-mechanical analysis of slope under rainfall using modified elasto-plastic model for unsaturated soils
Mun et al. Application of hysteretic trends in the preconsolidation stress of unsaturated soils
Zhai et al. A new domain model for estimating water distribution in soil pores during the drying and wetting processes
Cuceoglu An experimental study on soil water characteristics and hydraulic conductivity of compacted soils
Su et al. Soil water movement model for deformable soils
Kayadelen et al. Critical-state parameters of an unsaturated residual clayey soil from Turkey
Russell et al. Interpreting CPT results in unsaturated sands
Rojas et al. Simulating undrained tests on unsaturated soils
Lamara et al. Prediction of unsaturated hydraulic properties of dune sand on drying and wetting paths
Vanapalli et al. Application of the unsaturated soil mechanics in the design of pavements
Zhou Modelling hydro-mechanical behavior for unsaturated soils
Parmar Triaxial Test on Soil-Important Insights for Stress-Controlled and Strain-Controlled Test

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination