边坡滚石灾害防护离散元模拟方法技术

本发明专利技术涉及边坡滚石灾害模拟领域，具体涉及一种边坡滚石灾害防护离散元模拟方法，极大地提高了对滚石灾害的有效防护能力。本发明专利技术边坡滚石灾害防护离散元模拟方法，包括：对不同类型的滚石进行离散元模拟；对不同滚石灾害发生的边坡进行离散元模拟；对预设的不同被动防护网进行离散元模拟；对滚石的弹跳过程和速度变化过程进行分析。本发明专利技术适用于边坡滚石灾害防护。防护。防护。

【技术实现步骤摘要】
边坡滚石灾害防护离散元模拟方法


[0001]本专利技术涉及边坡滚石灾害模拟领域，具体涉及一种边坡滚石灾害防护离散元模拟方法。

技术介绍

[0002]随着我国西南地区水利、交通、市政、旅游开发建设的快速发展，高山峡谷中的工程建设边屡见不鲜，这些工程建设常在高陡边坡工况下进行，如由修建库岸公路而形成的山体边坡，这些边坡在自重、风化、水压力、作业扰动等载荷和外部影响的作用下，极易发生滚石灾害。滚石灾害具有泛生性、突发性、随机性的特点。滚石灾害会损坏公路和重要管线，对过往车辆、人员、物资造成安全隐患。
[0003]现有技术对滚石灾害的研究，如CN109933921B公开的一种滚石灾害风险评估方法、装置、系统及存储介质，该方法包括：获取第一预设区域范围内的滚石孕灾因子；将滚石孕灾因子输入至预建立的统计模型中，获取滚石源点，以及滚石源点对应的概率值；利用物理模型，以滚石源点为起点，模拟滚石路径；计算滚石路径在第二预设区域内的长度；根据搜索半径、滚石路径、滚石路径的长度、滚石路径的条数以及与滚石路径中的滚石源点对应的概率值，计算第二预设区域内发生滚石灾害的风险指数。通过该种方式，达到准确测定滚石风险的目的，风险指数越高，其中，发生滚石灾害的风险就越大。
[0004]但对比文件CN109933921B仅对滚石发生的路径、长度、半径等概率进行了详细研究分析，缺少对不同滚石灾害发生的边坡、不同被动防护网以及对滚石的弹跳过程和速度变化过程的具体分析。导致其对滚石灾害的风险评估数据并不准确，不能对滚石灾害进行有效地防护。r/>
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种边坡滚石灾害防护离散元模拟方法，极大地提高了对滚石灾害的有效防护能力。
[0006]本专利技术采取如下技术方案实现上述目的，边坡滚石灾害防护离散元模拟方法，包括：
[0007]步骤1、对不同类型的滚石进行离散元模拟；
[0008]步骤2、对不同滚石灾害发生的边坡进行离散元模拟；
[0009]步骤3、对预设的不同被动防护网进行离散元模拟；
[0010]步骤4、对滚石的弹跳过程和速度变化过程进行分析。
[0011]进一步的是，步骤1中，所述对不同类型的滚石进行离散元模拟具体包括：
[0012]步骤101、导入滚石模型STL文件，并根据滚石模型位置确定x、y和z三个方向的区间，使得框定的六面体空间能够完全包含滚石；
[0013]步骤102、在框选滚石位置坐标所确定的一个六面体空间内随机填满设定好半径的球形颗粒；
[0014]步骤103、利用布尔运算原理，删除框选六面体空间以内，滚石模型表面以外的球形颗粒；
[0015]步骤104、在颗粒间施加粘结模型，产生由球形颗粒粘结而成具有特定形态的滚石，并设置颗粒间的粘聚力、抗拉强度、法向刚度和切向刚度；
[0016]步骤105、完成不同类型滚石的离散元模拟。
[0017]进一步的是，步骤2中，所述对不同滚石灾害发生的边坡进行离散元模拟具体包括：
[0018]步骤201、通过Number Slider控制网格大小，实现对边坡不同光滑程度的模拟；
[0019]步骤202、导入边坡模型的STL文件，生成面填充边坡网格；
[0020]步骤203、设定边坡面的法向刚度和切向刚度；
[0021]步骤204、完成不同滚石灾害发生的边坡的离散元模拟。
[0022]进一步的是，步骤3中，所述对预设的不同被动防护网进行离散元模拟具体包括：
[0023]步骤301、设置x、y和z方向坐标区间，确定防护网的生成位置、高度和长度；
[0024]步骤302、设置防护网颗粒的半径，利用循环控制命令构造相邻排列的颗粒模型，再利用平行粘结模型粘结颗粒，实现矩形被动防护网离散元模型的构造；
[0025]步骤303、设置粘聚力、内摩擦角、抗拉强度、摩擦系数以及力矩贡献因子；
[0026]步骤304、完成预设的不同被动防护网的离散元模拟。
[0027]进一步的是，步骤4中，对滚石的弹跳过程进行分析具体包括：
[0028]以滚石释放后的历时t为横坐标，边坡高程y为纵坐标，计算边坡形态轮廓，计算过程为：首先确定在某一时刻t
i
时滚石的x
i
和y
i
的坐标，再确定出该x
i
和y
i
坐标下边坡面的高程，计算出任意时刻滚石滚落轨迹下边坡高程，完成边坡形态计算；
[0029]运用记录坐标命令，记录滚石及其碎片的z向坐标，计算出任意时刻t
i
滚石及其碎片的高程h
i
，以滚石释放后的历时t为横坐标，滚石及其碎片高程h为纵坐标，得到滚石释放后的历时t与滚石及其碎片高程h的曲线关系，实现弹跳过程计算；
[0030]结合弹跳过程和边坡形态，绘制滚石释放后的历时t与滚石及其碎片高程h及边坡高程y的曲线关系，通过该曲线关系得到滚石及其主要碎片不同时刻的弹跳高度。
[0031]进一步的是，步骤4中，对滚石的速度变化过程进行分析具体包括：
[0032]运用检测速度的命令，监测滚石主体在t
i
时刻的各向速度v
1i
、v
2i
和v
3i
，计算出任意时刻t
i
滚石破碎主体的速度v
i
；
[0033]以滚石释放后的历时t为横坐标，分别以v1、v2、v3为纵坐标，绘制历时t与速度分量曲线图；v1为滚石的x方向速度，v2为滚石的y方向速度，v3为滚石的z方向速度，v为滚石主体瞬时速度；
[0034]矢量合成计算各个时刻的各项分速度，计算公式为得到滚石释放后的历时与滚石主体瞬时速度的曲线关系。
[0035]本专利技术的有益效果为：
[0036]本专利技术通过对不同类型的滚石的离散元模拟，对不同滚石灾害发生的边坡的离散元模拟，对预设的不同被动防护网的离散元模拟以及对对滚石的弹跳过程和速度变化过程的分析，确定了滚石、边坡及防护网的详细参数，模拟在实际工况下滚石的弹跳过程与速度变化过程，以及防护效果，能够为滚石灾害的防护提供有效地数据支撑，极大地提高了对滚
石灾害的有效防护能力。
附图说明
[0037]图1为本专利技术实施例提供的边坡滚石灾害防护离散元模拟的流程图。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]本专利技术提供了一种边坡滚石灾害防护离散元模拟方法，如图1所示，包括：
[0040]步骤1、对不同类型的滚石进行离散元模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.边坡滚石灾害防护离散元模拟方法，其特征在于，包括：步骤1、对不同类型的滚石进行离散元模拟；步骤2、对不同滚石灾害发生的边坡进行离散元模拟；步骤3、对预设的不同被动防护网进行离散元模拟；步骤4、对滚石的弹跳过程和速度变化过程进行分析。2.根据权利要求1所述的边坡滚石灾害防护离散元模拟方法，其特征在于，步骤1中，所述对不同类型的滚石进行离散元模拟具体包括：步骤101、导入滚石模型STL文件，并根据滚石模型位置确定x、y和z三个方向的区间，使得框定的六面体空间能够完全包含滚石；步骤102、在框选滚石位置坐标所确定的一个六面体空间内随机填满设定好半径的球形颗粒；步骤103、利用布尔运算原理，删除框选六面体空间以内，滚石模型表面以外的球形颗粒；步骤104、在颗粒间施加粘结模型，产生由球形颗粒粘结而成具有特定形态的滚石，并设置颗粒间的粘聚力、抗拉强度、法向刚度和切向刚度；步骤105、完成不同类型滚石的离散元模拟。3.根据权利要求1所述的边坡滚石灾害防护离散元模拟方法，其特征在于，步骤2中，所述对不同滚石灾害发生的边坡进行离散元模拟具体包括：步骤201、通过Number Slider控制网格大小，实现对边坡不同光滑程度的模拟；步骤202、导入边坡模型的STL文件，生成面填充边坡网格；步骤203、设定边坡面的法向刚度和切向刚度；步骤204、完成不同滚石灾害发生的边坡的离散元模拟。4.根据权利要求1所述的边坡滚石灾害防护离散元模拟方法，其特征在于，步骤3中，所述对预设的不同被动防护网进行离散元模拟具体包括：步骤301、设置x、y和z方向坐标区间，确定防护网的生成位置、高度和长度；步骤302、设置防护网颗粒的半径，利用循环控制命令构造相邻排列的颗粒模型，再利用平行粘结模型粘结颗粒，实现矩形被动防护网离散元模型的构造；步骤303、设置粘聚力、内摩擦角、抗拉强度、摩擦系数以及力矩贡献因子；步骤304、完成预设的不同被...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云，李德彬，兰月，张飞云，胥扬，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：