CN116702567B - 一种实体锚杆模拟方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种实体锚杆模拟方法、装置、设备及存储介质。方法包括：锚杆激活前，建立数值模型，施加初始地应力，完成开挖核心区材料软化；锚杆激活时，输入锚杆数量与每根锚杆的坐标，通过锚杆与围岩的向量关系完成锚杆搜索标记，确定锚杆界面；对锚杆及界面赋予锚杆、锚固剂力学参数，完成锚杆激活；锚杆激活后，使用锚杆本构方程和围岩本构方程直接计算锚杆、围岩的弹性变形及塑性破断，捕捉锚杆与围岩在破坏过程中的从连续到非连续的渐进转化过程。本发明具备4个特点：建模方便快捷，便于多次与密集施加锚杆；不易出现网格畸变，防止程序崩溃；能捕捉岩石与锚杆从连续到非连续的渐进转化过程；能捕捉锚杆在实际工程中的破断现象。
Description
技术领域
本发明属于岩石力学与矿山工程、矿山安全与围岩控制、计算岩土力学与数值模拟仿真等交叉领域，尤其涉及一种实体锚杆模拟方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
作为一种常见主动支护方式，锚杆支护主要是利用锚杆与围岩之间的相互作用，在开挖岩体周围形成整体而稳定的围岩加固带，以控制岩体变形破坏。凭借多用途、灵活高效、安装便捷、相对廉价等优势，锚杆支护广泛应用于矿山、边坡等岩土工程。支护控制的本质，是支护结构与围岩之间的相互作用过程。为了捕捉这一过程，锚杆支护分析最为理想的尺度为工程尺度。在工程尺度分析中，数值模拟方法具有其它方法难以具备的可重复、易控制变量、可视化程度高、适用范围广等优点与发展潜力，已经成为锚杆支护设计优化不可或缺的工具。
尽管不少数值模拟仿真方法都能提供锚杆支护的模拟，但是普遍存在问题：（1）难以捕捉岩土材料从连续（完整岩石）到非连续（破裂成多个块体）的渐进转化过程，而该过程直接参与锚杆与围岩之间的相互作用过程。（2）普遍使用简化过多的等效模拟方法而非直接模拟方法，通常将锚杆简化为杆、梁等特定的一维无厚度结构单元（虚拟弹簧），而非实体锚杆（不仅能承受轴向应力，还能承受弯曲与剪切变形），难以适用锚杆横向剪切显著的模拟，不能捕捉锚杆与岩石接触面上的剪切滑移行为，导致不能直接反映锚杆与围岩之间的相互作用过程。（3）现有实体锚杆模拟方法，虽然克服了将锚杆简化为虚拟弹簧的缺点，但是存在3个共性问题。①由于锚杆数量通常较多，所以前处理中的手动建模过程极其繁琐，一旦更改支护设计或断面尺寸等条件，便需要重新手动建模，数值模型难以重复利用，不利于多次与密集施加锚杆。②由于锚杆单元的尺寸通常远小于周围岩体的尺寸，所以前处理中的网格剖分环节容易出现网格畸变，引入不可控因素，为程序崩溃埋下种子。③由于假设锚杆为弹性体（不具有拉剪破断属性），所以不能捕捉锚杆在实际工程中的拉剪破断现象。综上，现有锚杆模拟方法难以捕捉锚杆与围岩之间的相互作用过程（围岩变形-破裂-失稳→锚杆变形-破断-失效，从连续到非连续的渐进转化过程），且做不到建模方便快捷、程序计算稳定。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种实体锚杆模拟方法、装置、设备及存储介质。
本发明提供如下技术方案：
第一方面，本申请提供了一种实体锚杆模拟方法，包括：
建立数值模型，对所述数值模型赋予围岩力学参数和边界条件，在所述数值模型中划分开挖核心区，对所述数值模型的整个区域施加初始地应力，完成所述开挖核心区材料软化；
在所述数值模型中输入锚杆数量与每根锚杆的坐标，通过所述锚杆与围岩的向量关系完成锚杆搜索标记，确定锚杆界面；
对所述锚杆及所述锚杆界面赋予锚杆、锚固剂力学参数，完成锚杆激活，得到激活锚杆；
使用锚杆本构方程和围岩本构方程计算所述激活锚杆的破断参数，根据破断参数生成模拟结果。
一种实施方式中，所述建立数值模型，包括：
利用网格生成器建立数值模型。
一种实施方式中，所述对所述数值模型的整个区域施加初始地应力，包括：
利用有限元-离散元耦合求解器对所述数值模型的整个区域施加初始地应力。
一种实施方式中，所述通过所述锚杆与围岩的向量关系完成锚杆搜索标记，包括：
根据锚杆和围岩的位置关系，判断所述锚杆和所述围岩是否相交；
若所述锚杆和所述围岩相交，则确定所述锚杆和所述围岩的向量关系，根据所述向量关系完成锚杆搜索标记。
一种实施方式中，所述锚杆本构方程由锚杆轴向拉伸本构方程与锚杆横向剪切本构方程构成，所述锚杆轴向拉伸本构方程为：
，
式中，σ b、σ y、σ u分别为锚杆单元承受的轴向应力、屈服强度、极限强度，ε b、ε y、ε u分别为轴向应变、屈服应变、极限应变，E b为锚杆的弹性模量，E T为锚杆应变硬化阶段的正切模量。
一种实施方式中，所述锚杆横向剪切本构方程为：
，
式中，τ b、τ y、τ u分别为锚杆单元承受的切向应力、屈服强度、极限强度，G b为锚杆的剪切模量，γ b、γ y、γ u分别为切向上的应变、屈服应变、极限应变。
一种实施方式中，所述锚杆的坐标由所述数值模型中的开挖断面几何尺寸、锚杆长度、锚杆间距、锚杆排距计算得到。
第二方面，本申请提供了一种实体锚杆模拟装置，包括：
软化模块，用于建立数值模型，对所述数值模型赋予围岩力学参数和边界条件，在所述数值模型中划分开挖核心区，对所述数值模型的整个区域施加初始地应力，待上述施加初始地应力结束后完成所述开挖核心区材料软化；
确定模块，用于在所述数值模型中输入锚杆数量与每根锚杆的坐标，通过所述锚杆与围岩的向量关系完成锚杆搜索标记，确定锚杆界面；
激活模块，用于对所述锚杆及所述锚杆界面赋予锚杆、锚固剂力学参数，完成锚杆激活，得到激活锚杆；
生成模块，用于使用锚杆本构方程和围岩本构方程计算所述激活锚杆的破断参数，根据破断参数生成模拟结果。
第三方面，本申请提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和至少一个处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施如第一方面所述的实体锚杆模拟方法。
第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如第一方面所述的实体锚杆模拟方法。
本发明的实施例具有如下有益效果：
①建模方便快捷（便于多次与密集施加锚杆）；②不易出现网格畸变（防止程序崩溃）；③能捕捉岩石与锚杆从连续到非连续的渐进转化过程；④作为实体锚杆（不仅能承受轴向应力，还能承受弯曲与剪切变形）且使用真实的锚杆本构方程，能捕捉锚杆在实际工程中的破断现象。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍， 应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了一种实体锚杆模拟方法流程示意图；
图2示出了一种开挖核心区示意图；
图3示出了一种开挖核心区软化结果示意图；
图4示出了一种锚杆分布示意图；
图5示出了一种锚杆与围岩关系示意图；
图6示出了一种锚杆标记结果示意图；
图7示出了一种锚杆界面关系示意图；
图8示出了一种锚杆本构方程示意图；
图9示出了一种锚杆受力破坏示意图；
图10示出了一种锚杆与围岩的位移云图；
图11示出了一种锚杆与围岩的应力云图；
图12示出了一种锚杆与围岩的破坏模式图；
图13示出了一种隧道周边关键点收敛量示意图；
图14示出了一种模拟与实测结果比较示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/ 或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
图1为本实施例提供的一种实体锚杆模拟方法流程示意图。该方法包括：
S101.建立数值模型，对所述数值模型赋予围岩力学参数和边界条件，在所述数值模型中划分开挖核心区，对所述数值模型的整个区域施加初始地应力，待上述施加初始地应力结束后完成所述开挖核心区材料软化。
对于数值模拟仿真方法，有限元（finite element method，FEM）擅长处理连续问题，离散元（discrete element method，DEM）擅长处理非连续问题，两者通常都难以捕捉脆性材料破裂过程中的从连续到非连续的渐进转化过程。作为杂交模拟方法，混合有限元-离散元方法（FDEM）混合了FEM与DEM的特点，以至于能更好地捕捉这一过程。
利用网格生成器Gmsh建立数值模型，对数值模型赋予围岩力学参数及边界条件，将数值模型划分为多个区域。例如，可以将需要施工开挖的区域划分为开挖核心区，利用FDEM求解器施加初始地应力，完成开挖核心区材料软化；由于实际开挖施工为逐步开挖，因此可以把岩石区定为1、已开挖核心区定为0，完成开挖核心区的逐步软化。
其中，锚杆的模拟采用直接模拟方法而非等效模拟方法。锚杆为实体锚杆（实体锚杆不仅能承受轴向应力，还能承受弯曲与剪切变形），而非简化的一维无厚度结构单元（例如虚拟弹簧）。
图2为本实施例提供的开挖核心区示意图，开挖核心区位于数值模型中部。数值模型几何尺寸L×L= 140 m × 140 m；隧道跨度S= 11.3 m，高H=8.8米，等效直径D≈ 10.0m。根据基尔斯解，边界效应较小；网格加密区范围约4D× 4D= 40 m × 40 m。围岩力学参数和边界条件见表1和图2。
表1
本实施例中，初始地应力参数：水平应力σ H= 18.2 MPa，垂直应力σ v= 11.4 MPa，侧压力系数k= 1.60。
本实施例中，利用FDEM求解器施加初始地应力，完成开挖核心区材料软化，结果见图3。开挖核心区材料软化的路径可以为线性，通过100万时步完成。
S102.在所述数值模型中输入锚杆数量与每根锚杆的坐标，通过所述锚杆与围岩的向量关系完成锚杆搜索标记，确定锚杆界面。
其中，锚杆的坐标为锚杆端点坐标，根据开挖核心区的断面几何尺寸（隧道跨度S=11.3 m，高H=8.8米）、锚杆长度（锚杆5.3 m，长锚杆/锚索10.3米）、锚杆间距（1 m）、锚杆排距（1 m，见图4）通过Excel自动确定。每根锚杆端点坐标见表2。
表2
一种实施方式中，所述通过所述锚杆与围岩的向量关系完成锚杆搜索标记，包括：
根据锚杆和围岩的位置关系，判断所述锚杆和所述围岩是否相交；
若所述锚杆和所述围岩相交，则确定所述锚杆和所述围岩的向量关系，根据所述向量关系完成锚杆搜索标记。
具体通过下式实现
参见图5，上式的计算原理为，当表征锚杆的线段AB与表征围岩的三角形单元012相交时，将三角形单元012标记为锚杆单元；线段AB与三角形单元012相交问题，可以分解为线段AB与线段01、线段12、线段20的相交问题。以线段AB与线段01的位置关系为例，当两者满足“线段AB分布在线段01的两侧，线段01分布在线段AB的两侧”时，两者必然相交；而上述关系，由上式中的向量关系表征；同理，可以判断线段AB与线段12或线段20之间是否相交；这样，就可以通过向量关系自动搜索标记锚杆单元。标记后的锚杆单元，见图6。
S103.对所述锚杆及所述界面赋予锚杆、锚固剂力学参数，完成锚杆激活，得到激活锚杆。
本实施例中，图7为锚杆界面关系示意图。建模完成后，围岩与锚杆无法进行区分，因此需要将锚杆标记之后，为锚杆赋予锚杆的特定参数；锚固剂将锚杆与围岩粘在一起产生锚固力，锚固剂的作用由FDEM中的四边形单元（虚拟）表征；锚杆、围岩，由三角形单元（实体）表征；三角形单元之间的界面关系（围岩-围岩，锚杆-锚杆，围岩-锚杆），由FDEM中的四边形单元表征。
本实施例中，锚杆、锚固剂力学参数见表3。
表3
S104.使用锚杆本构方程和围岩本构方程计算所述激活锚杆的破断参数，根据破断参数生成模拟结果。
锚杆激活后，使用锚杆本构方程、岩石本构方程直接计算锚杆、围岩的弹性变形及塑性破断，捕捉锚杆与围岩在破坏过程中的从连续到非连续的渐进转化过程。
参见图8，锚杆本构方程由锚杆轴向拉伸本构方程与锚杆横向剪切本构方程构成，所述锚杆轴向拉伸本构方程为：
，
式中，σ b、σ y、σ u分别为锚杆单元承受的轴向应力、屈服强度、极限强度，ε b、ε y、ε u分别为轴向应变、屈服应变、极限应变，E b为锚杆的弹性模量，E T为锚杆应变硬化阶段的正切模量。
与在轴向拉伸上的应变硬化不同，锚杆在横向剪切上具有典型的脆性特征，为此锚杆横向剪切本构方程为：
，
式中，τ b、τ y、τ u分别为锚杆单元承受的切向应力、屈服强度、极限强度，G b为锚杆的剪切模量，γ b、γ y、γ u分别为切向上的应变、屈服应变、极限应变。
本实施例中，锚杆的弹性变形计算，由三角形单元（实体）表示；首先，计算变形梯度Fe：
，
式中，式中，Fe,i与Fe,c分别是定义初始局部框架与当前局部框架下单元基的矩阵。
，
式中，x与y分别代表x与y方向；i与c分别代表初始与当前坐标；获取Fe后，计算左柯西-格林应变张量B：
，
然后，计算格林-圣维南应变张量E
，
式中，I后为单位矩阵；获取E后，计算柯西应力T：
，
式中，det为行列式符号；λ m与μ m分别是第一拉梅常数与第二拉梅常数。
本实施例中，锚杆塑性破断计算，由四边形单元（虚拟）表示。锚杆单元可能在3种模式下屈服或破坏，拉伸（I型，裂纹张开），剪切（II型，裂纹滑移），混合I-II型，见图9。在轴向上，当两个相邻三角形单元之间的界面单元的裂纹开度o达到峰值裂纹开度o p时——对应界面单元的法向黏结应力σ b刚达到锚杆屈服强度σ y；超过o p后，σ b随着o的增加从σ y单调升高至σ u（对应o达到最大的裂纹开度——临界裂纹开度o r）；然后，两个裂纹面分离；当界面单元的切向裂纹滑移s达到峰值裂纹滑移s p时，对应界面单元的切向黏结应力τ b刚达到锚杆剪切屈服强度τ y：
，
式中，c是内部黏结力；σ n是施加在界面单元上的法向应力；ϕ i是内摩擦角；超过s p后，τ b随着s的增加单调下降，直到s达到最大的切向裂纹滑移，即临界裂纹滑移s r——对应残余摩擦力τ r：
，
式中，ϕ r是残余摩擦角或裂纹摩擦角。
在混合I-II型中，虽然o与s分别小于o r与s r，但是当两者满足下式时，破裂仍然发生：
，
轴向上，锚杆峰值裂纹开度o p由屈服强度σ y与裂纹罚参数p f确定：
，
横向上，锚杆峰值裂纹滑移s p由剪切屈服强度τ y与裂纹罚参数p f确定：
，
轴向上，锚杆轴向屈服强度σ y、极限强度σ u、I型断裂能Gf I、峰值裂纹开度o p、临界裂纹开度o r满足：
，
所以o r由下式确定：
，
横向上，锚杆剪切屈服强度τ y、极限强度τ u、II型断裂能Gf II、峰值裂纹滑移s p、临界裂纹滑移s r满足：
，
所以s r由下式确定
式中，η由锚杆横向上的软化本构方程f lateral(D)而确定，f lateral(D)的取值范围为0至1；当Gf II≈0时，可以认为锚杆达到τ y或τ u后，立即破裂；当Gf II取极大值时，可以认为锚杆在横向上处于理性弹塑性状态；
轴向上，当处于拉伸状态时，施加在界面单元的σ b为：
，
式中，f axial(D)为锚杆轴向上的硬化函数，取值范围为0至1；与岩石材料的应变软化特点不同，钢在达到屈服强度后表现出明显的应变硬化现象；所以，随着归一化后的裂纹开度或损伤因子D的增加，f axial(D)不是单调递减，而是单调递增：
，
式中，D由下式确定：
，
横向上，施加在界面单元的锚杆剪切应力τ b为：
，
式中，τ y为屈服强度，f lateral(D)为锚杆横向上的软化本构方程。
锚杆接触力的计算，使用FDEM已有的计算框架，通过非二叉树接触检测算法发现潜在接触对，使用罚函数法计算接触力；这样，利用本发明开展岩石开挖及锚杆支护模拟，就可以捕捉锚杆与围岩之间的相互作用过程，反映围岩控制工程中的围岩渐进式破裂失稳、锚杆破断失效等现象。
本实施例中，锚杆与围岩相互作用过程模拟结果可视化，通过后处理软件ParaView完成。首先利用FDEM求解器输出ParaView能识别的相应格式文件，然后利用ParaView实现模拟结果可视化。模拟结果可视化包括锚杆与围岩的速度云图、位移云图、应力云图、应变云图、屈服模式图、破坏模式图及上述各图构成的动画。
本实施例中，以位移云图、应力云图、破坏模式图为例，呈现可视化模拟结果。图10为锚杆与围岩的位移云图，图11为锚杆与围岩的应力云图，图12为锚杆与围岩的破坏模式图。
本实施例中，为了验证模拟效果，给出了隧道周边关键点收敛量（见图13）、模拟与实测结果比较（见图14）。由图13与图14可知，拱顶沉降量，实测结果为223.02 mm，模拟结果为226.60 mm，相对误差为1.6%；左拱肩收敛量，实测结果为217.86 mm，模拟结果为207.18mm，相对误差为4.9%；右拱肩收敛量，实测结果为190.08 mm，模拟结果为211.11 mm，相对误差为11.1%。隧道收敛量随时间的变化趋势，也基本一致，整体上都随着时间的增加而增大，最终趋于稳定。与实测结果相比，模拟得到的隧道收敛量曲线更为光滑。在实测结果中，左拱肩与右拱肩收敛量差异较大；在模拟结果中，两者差异极小；由于对称，如果忽略非均质性等差异，两者理论上应该极为接近。真实的工程情况极为复杂，导致数值模型中的力学参数、边界条件及计算使用的本构关系等控制方程不可能与真实情况完全一致，又加之掌子面开挖变形这个3D问题被简化为2D问题会引入误差，所以模拟与实测结果会存在差异。模拟与实测结果基本吻合，预测误差基本满足工程需求，意味着本发明能较好地捕捉锚杆与围岩的相互作用过程。
本实施例凭借充分利用FDEM独特的拓扑结构及擅长捕捉脆性材料从连续到非连续渐进转化过程的优势，被证实可以达到预期效果：①建模方便快捷（便于多次与密集施加锚杆）；②不易出现网格畸变（防止程序崩溃）；③能捕捉岩石与锚杆从连续到非连续的渐进转化过程；④作为实体锚杆（不仅能承受轴向应力，还能承受弯曲与剪切变形）且使用真实的锚杆本构方程，能捕捉锚杆在实际工程中的破断现象。
实施例2
本实施例提供了一种实体锚杆模拟装置，包括：
软化模块，用于建立数值模型，对所述数值模型赋予围岩力学参数和边界条件，在所述数值模型中划分开挖核心区，对所述数值模型的整个区域施加初始地应力，完成所述开挖核心区材料软化；
确定模块，用于在所述数值模型中输入锚杆数量与每根锚杆的坐标，通过所述锚杆与围岩的向量关系完成锚杆搜索标记，确定锚杆界面；
激活模块，用于对所述锚杆及所述锚杆界面赋予锚杆、锚固剂力学参数，完成锚杆激活，得到激活锚杆；
生成模块，用于使用锚杆本构方程和围岩本构方程计算所述激活锚杆的破断参数，根据破断参数生成模拟结果。
可以理解，上述实施例的实体锚杆模拟方法中的实施方式，同样适用于本实施例，故在此不再重复描述。
实施例3
本申请实施例还提供了一种计算机设备。例如，该计算机设备可以但不限于为如台式计算机、笔记本等，其存在形式不作限定，主要取决于其是否需要支持浏览器网页的界面显示功能等。示范性地，该所述计算机设备包括存储器和至少一个处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施上述实施例的实体锚杆模拟方法。
其中，处理器可以是一种具有信号的处理能力的集成电路芯片。处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)及网络处理器(Network Processor，NP)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件中的至少一种。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。
其中，存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器用于存储计算机程序，处理器在接收到执行指令后，可相应地执行所述计算机程序。
进一步地，存储器可包括存储程序区和存储数据区。存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据(比如迭代数据、版本数据等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
实施例4
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述实施例一中所述的实体锚杆模拟方法。
可以理解，上述实施例的银行决策生成方法中的实施方式，同样适用于本实施例，故在此不再重复描述。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种实体锚杆模拟方法，其特征在于，包括：
建立数值模型，对所述数值模型赋予围岩力学参数和边界条件，在所述数值模型中划分开挖核心区，对所述数值模型的整个区域施加初始地应力，完成所述开挖核心区材料软化；
在所述数值模型中输入锚杆数量与每根锚杆的坐标，根据锚杆和围岩的位置关系，判断所述锚杆和所述围岩是否相交，若所述锚杆和所述围岩相交，则确定所述锚杆和所述围岩的向量关系，根据所述向量关系完成锚杆搜索标记，确定锚杆界面；
对所述锚杆及所述锚杆界面赋予锚杆、锚固剂力学参数，完成锚杆激活，得到激活锚杆；
使用锚杆本构方程和围岩本构方程计算所述激活锚杆的破断参数，根据破断参数生成模拟结果；
所述锚杆本构方程由锚杆轴向拉伸本构方程与锚杆横向剪切本构方程构成，所述锚杆轴向拉伸本构方程为：
，
式中，σ b、σ y、σ u分别为锚杆单元承受的轴向应力、屈服强度、极限强度，ε b、ε y、ε u分别为轴向应变、屈服应变、极限应变，E b为锚杆的弹性模量，E T为锚杆应变硬化阶段的正切模量；
所述锚杆横向剪切本构方程为：
，
式中，τ b、τ y、τ u分别为锚杆单元承受的切向应力、屈服强度、极限强度，G b为锚杆的剪切模量，γ b、γ y、γ u分别为切向上的应变、屈服应变、极限应变。
2.根据权利要求1所述的实体锚杆模拟方法，其特征在于，所述建立数值模型，包括：
利用网格生成器建立数值模型。
3.根据权利要求1所述的实体锚杆模拟方法，其特征在于，所述施加初始地应力，包括：
利用有限元-离散元耦合求解器对所述数值模型的整个区域施加初始地应力。
4.根据权利要求1所述的实体锚杆模拟方法，其特征在于，所述锚杆的坐标由所述数值模型中的开挖断面几何尺寸、锚杆长度、锚杆间距、锚杆排距计算得到。
5.一种实体锚杆模拟装置，其特征在于，包括：
软化模块，用于建立数值模型，对所述数值模型赋予围岩力学参数和边界条件，在所述数值模型中划分开挖核心区，对所述数值模型的整个区域施加初始地应力，完成所述开挖核心区材料软化；
确定模块，用于在所述数值模型中输入锚杆数量与每根锚杆的坐标，根据锚杆和围岩的位置关系，判断所述锚杆和所述围岩是否相交，若所述锚杆和所述围岩相交，则确定所述锚杆和所述围岩的向量关系，根据所述向量关系完成锚杆搜索标记，确定锚杆界面；
激活模块，用于对所述锚杆及所述锚杆界面赋予锚杆、锚固剂力学参数，完成锚杆激活，得到激活锚杆；
生成模块，用于使用锚杆本构方程和围岩本构方程计算所述激活锚杆的破断参数，根据破断参数生成模拟结果；
所述锚杆本构方程由锚杆轴向拉伸本构方程与锚杆横向剪切本构方程构成，所述锚杆轴向拉伸本构方程为：
，
式中，σ b、σ y、σ u分别为锚杆单元承受的轴向应力、屈服强度、极限强度，ε b、ε y、ε u分别为轴向应变、屈服应变、极限应变，E b为锚杆的弹性模量，E T为锚杆应变硬化阶段的正切模量；
所述锚杆横向剪切本构方程为：
，
式中，τ b、τ y、τ u分别为锚杆单元承受的切向应力、屈服强度、极限强度，G b为锚杆的剪切模量，γ b、γ y、γ u分别为切向上的应变、屈服应变、极限应变。
6.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和至少一个处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序以实施如权利要求1至4中任意一项所述的实体锚杆模拟方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1至4中任意一项所述的实体锚杆模拟方法。
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| FLAC~(3D)中锚杆支护的数值模拟研究综述;杜学领;;煤(09);第7-21, 34页 * |
| 基于锚杆受力分析的深埋洞室围岩分区破裂演化规律研究;于远祥 等;岩石力学与工程学报(07);第74-85页 * |
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