一种基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石建模方法技术

本发明专利技术公开一种基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石建模方法，包括如下步骤：(1)在颗粒流软件中建立岩石颗粒模型；(2)根据实际岩石矿物成分确定模型需满足的不同矿物占比；(3)使用占比最大的矿物定义整个模型，然后在模型中随机布设其余矿物的颗粒；(4)将模型中除占比最大矿物外其余各矿物的颗粒横向发育，直至各矿物满足指定占比；(5)旋转步骤(4)所得模型；(6)对旋转后的模型进行切割；(7)对切割后模型中的不同矿物进行参数赋值。该方法考虑了岩石中矿物晶粒定向发育对岩石各向异性的影响，从微观角度对岩石各向异性的特点进行了表征，使建立的各向异性岩石模型能准确刻画矿物晶粒定向发育的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石建模方法
本专利技术涉及一种各向异性岩石建模方法，特别涉及一种基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石建模方法，属于岩体力学领域。
技术介绍
长期构造应力作用下矿物晶粒出现定向发育，使岩石大多表现出各向异性的特点。研究岩石的各向异性，揭示其物理力学性质的变化规律，不仅是岩石力学研究的需要，也是岩石工程的重要参考。在颗粒流软件中建立准确反映岩石各向异性的数值模型是确保研究结果准确的重要基础。目前在颗粒流软件中建立各向异性岩石的方法主要有三种：(1)通过组建各种形状的刚性簇，并将其添加到所建立的模型中，利用刚性簇的各向异性引起整个模型的各向异性；该方法中由于刚性簇内的接触无法断裂，使岩石中的裂隙表现为绕晶扩展的特点，难以模拟出穿晶破坏情况。(2)使用具有各向异性的Vorionoi图形对颗粒进行分组，并使晶粒间的接触具有一定的方向性，然后弱化晶粒间接触的强度构造岩石的各向异性；该种方法所构造的矿物晶粒较规整，与实际岩石中矿物晶粒的聚集形式差别较大。(3)使用不同倾角的条形节理对岩石模型进行切割，利用节理处粘结强度的改变，使岩石中裂隙的扩展偏向节理方向；但这种方法通过节理的各向异性引起岩石的各向异性，忽略了岩石中的矿物晶粒，无法刻画由于矿物晶粒定向发育而导致岩石各向异性的现象。上述三种方法虽然各有特点但均无法准确刻画岩石中矿物晶粒定向发育的情况。如何在颗粒流软件中建立能够准确反映矿物晶粒定向发育的各向异性岩石模型，成为决定颗粒流方法计算结果准确性的关键。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有各向异性岩石建模方法存在的问题，本专利技术提供一种基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石建模方法。技术方案：本专利技术所述的一种基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石建模方法，包括如下步骤：(1)在颗粒流软件中建立岩石颗粒模型；(2)根据实际岩石矿物成分确定模型需满足的不同矿物占比；(3)使用占比最大的矿物定义整个模型，然后在模型中随机布设其余矿物的颗粒；(4)将模型中除占比最大矿物外其余各矿物的颗粒横向发育，直至各矿物满足指定占比；(5)根据所需的晶粒倾角对步骤(4)所得模型进行旋转；(6)对旋转后的模型进行切割；(7)对切割后模型中的不同矿物进行参数赋值，得到基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石模型。上述步骤(3)中，在模型中随机布设其余矿物颗粒的方法为：(3.1)确定除占比最大矿物外其余各矿物对应的随机数区间，其中每种矿物对应的随机数区间长度不大于该矿物指定占比的十分之一；(3.2)对模型中所有颗粒进行遍历，在遍历颗粒的同时，每个颗粒生成一个随机数，当某一颗粒的随机数在某种矿物的随机数区间内且该种矿物占比与指定占比的差值小于容差时，将该颗粒定义为该种矿物的颗粒。步骤(4)中，将其余各矿物颗粒横向发育的方法为：(4.1)依次遍历模型中除占比最大矿物外其余各矿物的颗粒，当遍历到某一颗粒A，且该颗粒所属矿物的占比与指定占比的差值小于容差时，依次获得与其相连的所有颗粒；(4.2)当某一相连颗粒B属于占比最大的矿物，且颗粒A和B圆心的连线与X轴夹角的正切值在设定范围时，将该相连颗粒B转化为颗粒A所在矿物，并更新该矿物的占比；(4.3)循环执行(4.1)和(4.2)直至模型内各矿物占比与指定占比的差值小于容差或各矿物的占比不再变化。当步骤(4.3)中所得模型内矿物占比不再变化，但各矿物占比与指定占比的差值大于容差时，执行下述步骤继续进行颗粒的横向发育：(4.4)在已有模型的基础上参照步骤(3)的方法补充布设除占比最大矿物外其余矿物的颗粒，然后转至(4.1)继续执行。上述步骤(4.2)中，颗粒A及与其相连颗粒B两者的圆心连线与X轴夹角的正切值为颗粒A和相连颗粒B的纵坐标差与横坐标差的比值；设定范围为设定角度区间的正切值范围，该设定角度区间满足如下条件：角度区间左右端点值之和为0°。优选的，步骤(5)中，对模型进行旋转变换的方法可为：根据所需的岩石晶粒倾角将模型中颗粒的坐标与旋转矩阵相乘获得新的坐标，并用新坐标对颗粒的坐标进行更新；旋转矩阵如下式：进一步的，步骤(5)中，对旋转后的模型进行切割的方法可为：建立所需模型形状的Geometry，通过颗粒法线与其接触的个数确定颗粒与Geometry的位置关系，然后将Geometry外的颗粒删除。上述步骤(7)中，根据实际岩石中各矿物的性质对切割后模型中的不同矿物进行赋参。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点为：本方法首先使用占比最大的矿物定义模型，然后在模型中随机布设除最大占比矿物外其余矿物的颗粒，随后根据矿物成分将各矿物颗粒横向发育至指定占比，接着通过旋转以及切割获得所需晶粒倾角的岩石模型，最后对不同矿物成分赋参完成模型的建立；该方法考虑了岩石中矿物晶粒定向发育对岩石各向异性的影响，从微观角度对岩石各向异性的特点进行了表征，使建立的各向异性岩石模型能准确刻画矿物晶粒定向发育的特点。附图说明图1为本专利技术的一种基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石建模方法流程图；图2为实施例中生成除最大矿物外少量其余矿物颗粒后的模型；图3为实施例中各矿物到达指定占比后矿物晶粒倾角为0°的初始模型；图4为实施例中旋转后的初始模型及切割使用的Geometry；图5为实施例中切割后的模型；图6为实施例中不同晶粒倾角的岩石模型。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1，本专利技术的一种基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石建模方法，包括如下步骤：(1)在颗粒流软件中建立岩石颗粒模型，并确定颗粒的总面积；(2)根据实际岩石矿物成分确定模型需满足的不同矿物占比；(3)使用占比最大的矿物定义整个模型，然后在模型中随机布设其余矿物的颗粒；即先将模型建立时生成的颗粒定义为占比最大矿物，然后根据下述方法布设其余矿物的颗粒：(3.1)确定除占比最大矿物外其余各矿物对应的随机数区间，其中每种矿物对应的随机数区间长度不大于该矿物指定占比的十分之一；(3.2)对模型中所有颗粒进行遍历，在遍历颗粒的同时，每个颗粒生成一个随机数，当某一颗粒的随机数在某种矿物的随机数区间内且该种矿物占比与指定占比的差值小于容差时，将该颗粒定义为该种矿物的颗粒。(4)将模型中除占比最大矿物外其余各矿物的颗粒横向发育，直至各矿物满足指定占比；除占比最大矿物外其余各矿物的颗粒横向发育的具体方法如下：(4.1)依次遍历模型中除占比最大矿物外其余各矿物的颗粒，当遍历到某一颗粒A，且该颗粒所属矿物的占比与指定占比的差值小于容差时，依次获得与其相连的所有颗粒；(4.2)当某一相连颗粒B属于占比最大的矿物，且颗粒A和B圆心的连线与X轴夹角的正切值在设定范围时，将该相连颗粒B转化为颗粒A所在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石建模方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)在颗粒流软件中建立岩石颗粒模型；/n(2)根据实际岩石矿物成分确定模型需满足的不同矿物占比；/n(3)使用占比最大的矿物定义整个模型，然后在模型中随机布设其余矿物的颗粒；/n(4)将模型中除占比最大矿物外其余各矿物的颗粒横向发育，直至各矿物满足指定占比；/n(5)根据所需的晶粒倾角对步骤(4)所得模型进行旋转；/n(6)对旋转后的模型进行切割；/n(7)对切割后模型中的不同矿物进行参数赋值，得到基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在颗粒流软件中建立岩石颗粒模型；
(2)根据实际岩石矿物成分确定模型需满足的不同矿物占比；
(3)使用占比最大的矿物定义整个模型，然后在模型中随机布设其余矿物的颗粒；
(4)将模型中除占比最大矿物外其余各矿物的颗粒横向发育，直至各矿物满足指定占比；
(5)根据所需的晶粒倾角对步骤(4)所得模型进行旋转；
(6)对旋转后的模型进行切割；
(7)对切割后模型中的不同矿物进行参数赋值，得到基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石模型。


2.根据权利要求1所述的基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石建模方法，其特征在于，步骤(3)中，所述在模型中随机布设其余矿物颗粒的方法为：
(3.1)确定除占比最大矿物外其余各矿物对应的随机数区间，其中每种矿物对应的随机数区间长度不大于该矿物指定占比的十分之一；
(3.2)对模型中所有颗粒进行遍历，在遍历颗粒的同时，每个颗粒生成一个随机数，当某一颗粒的随机数在某种矿物的随机数区间内且该种矿物占比与指定占比的差值小于容差时，将该颗粒定义为该种矿物的颗粒。


3.根据权利要求1所述的基于矿物晶粒定向发育的各向异性岩石建模方法，其特征在于，步骤(4)中，将所述其余各矿物颗粒横向发育的方法为：
(4.1)依次遍历模型中除占比最大矿物外其余各矿物的颗粒，当遍历到某一颗粒A，且该颗粒所属矿物的占比与指定占比的差值小于容差时，依次获得与其相连的所有颗粒；
(4.2)当某一相连颗粒B属于占比最大的矿物，且颗粒A和B圆心的连线与X轴夹角的正切值在设定范围时，将该相连颗粒B转化为颗粒A所在矿物，并更新该矿物的占比；
(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王环玲，马行生，屈晓，徐卫亚，邹丽芳，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32