一种考虑动力碎裂效应的岩崩运动过程三维模拟预测方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑动力碎裂效应的岩崩运动过程三维模拟预测方法，所述方法包括：构建岩体结构模型；基于真实环境获取模拟参数，所述模拟参数包括：碰撞位置向量碰撞线速度以及碰撞角速度；根据所述模拟参数模拟对所述岩体结构模型的碰撞

【技术实现步骤摘要】
一种考虑动力碎裂效应的岩崩运动过程三维模拟预测方法


[0001]本专利技术涉及岩崩灾害风险评价与防治
，特别涉及一种考虑动力碎裂效应的岩崩运动过程三维模拟预测方法
。

技术介绍

[0002]由于岩体结构的复杂性，节理
、
方向和强度参数的不确定性，对岩崩灾害的风险评估难度极大
。
尤其是岩崩运动过程中，岩体发生的解体与破碎现象，目前尚无一种合理的预测方法
。
[0003]近年对于岩崩灾害的研究重点集中于运动过程，通常受岩体自身性质
、
地形条件等因素影响，运动形式以飞落
、
滑动
、
滚动
、
破碎等形式交替出现，运动过程中的力学机理复杂
。
现场调查
、
理论计算
、
现场试验
、
模型实验
、
数值模拟是常用研究方法，其中数值模拟相较于其他方法具有时间成本低
、
实验可重复性强
、
控制变量简便等不可替代的优势
。
大多现有的岩崩运动过程的模型中将岩崩视为撞击后不会破碎的完整块体，然而动力破碎是崩塌灾害中的普遍现象，尤其对于风化程度高
、
强度高的脆性岩体，撞击碎裂过程对块体运动轨迹会产生较大的影响
。
因此，动力碎裂过程对岩崩运动轨迹的影响不容忽视
。
如何准确预测岩崩过程中块体体积大小
、
能量大小以及运动方向，是岩崩灾害预测模拟的重要研究方向
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种考虑动力碎裂效应的岩崩运动过程三维模拟预测方法，以提高岩崩灾害精细量化风险估算的准确性与可靠性
。
[0005]本专利技术实施例提供了一种考虑动力碎裂效应的岩崩运动过程三维模拟预测方法，所述方法包括：构建岩体结构模型；基于真实环境获取模拟参数，所述模拟参数包括：碰撞位置向量，碰撞线速度以及碰撞角速度；根据所述模拟参数模拟对所述岩体结构模型的碰撞
、
碎裂
、
运动的过程，得到以所述模拟参数碰撞所述岩体结构模型前的总能量；根据所述总能量以及预设的岩体碎裂条件确定在以所述模拟参数碰撞岩体结构模型后，所述岩体结构模型是否产生碎裂；在确定所述岩体结构模型产生碎裂的情况下，根据预设的碎裂块体体积模型
、
碎裂块体轨迹模型以及碎裂块体能量分配模型确定撞击碎裂后每一碎裂块体的体积
、
每一碎裂块体的运动轨迹以及每一碎裂块体的能量
。
[0006]优选的，根据所述总能量以及预设的岩体碎裂条件确定在以所述模拟参数碰撞岩体结构模型后，所述岩体结构模型是否产生碎裂，包括：产生一随机数；根据所述总能量与预设的岩体碎裂能量阈值的大小，以及所述随机数与预设的岩
“
顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位
、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制
。
[0015]参照图1‑2，本专利技术提供一种考虑动力碎裂效应的岩崩运动过程三维模拟预测方法，所述方法包括：构建岩体结构模型；基于真实环境获取模拟参数，所述模拟参数包括：碰撞位置向量，碰撞线速度以及碰撞角速度；根据所述模拟参数模拟对所述岩体结构模型的碰撞
、
碎裂
、
运动的过程，得到以所述模拟参数碰撞所述岩体结构模型前的总能量；根据所述总能量以及预设的岩体碎裂条件确定在以所述模拟参数碰撞岩体结构模型后，所述岩体结构模型是否产生碎裂；在确定所述岩体结构模型产生碎裂的情况下，根据预设的碎裂块体体积模型
、
碎裂块体轨迹模型以及碎裂块体能量分配模型确定撞击碎裂后每一碎裂块体的体积
、
每一碎裂块体的运动轨迹以及每一碎裂块体的能量
。
[0016]通过获取真实环境中的参数模拟岩崩碰撞
‑
碎裂
‑
运动的过程，当岩体撞击坡面时，采用预设的岩体碎裂条件判断岩体结构模型是否会碎裂，如果不满足预设的岩体碎裂条件，岩块进入常规的弹跳
、
滑动和滚动阶段；如果满足预设的岩体碎裂条件，则根据预设的碎裂块体体积模型
、
碎裂块体轨迹模型以及碎裂块体能量分配模型确定撞击碎裂后每一碎裂块体的体积，每一碎裂块体的运动轨迹以及每一碎裂块体的能量，实现岩体撞击坡面碎裂过程的三维模拟，通过预测岩块破碎后岩块的体积大小
、
能量大小以及运动方向，从而提高岩崩灾害精细量化风险估算的准确性与可靠性
。
[0017]根据所述总能量以及预设的岩体碎裂条件确定在以所述模拟参数碰撞岩体结构模型后，所述岩体结构模型是否产生碎裂，包括：产生一随机数；根据所述总能量与预设的岩体碎裂能量阈值的大小，以及所述随机数与预设的岩块碎裂存活率的大小，确定岩体结构模型是否产生碎裂
。
[0018]通过设置岩体碎裂条件可以判断岩体结构的岩体撞击是否会产生碎裂现象，使得岩崩灾害精细量化风险估算更准确和更可靠
。
[0019]岩体与坡面碰撞前的总能量大于预设的岩体碎裂能量阈值时岩体结构模型才会碎裂，否则岩体结构模型不会碎裂；设定的岩块碎裂的存活率表示：当岩体与坡面碰撞前的总能量大于预设的岩体碎裂能量阈值时，但岩体结构模不发生碎裂的情况；只有当预设的岩块碎裂的存活率大于产生的随机数时，岩体结构模型才会碎裂，预设的岩体碎裂能量阈值和产生的随机数的数值范围都在
[0,1]；即只有当岩体与坡面碰撞前的总能量大于预设的岩体碎裂能量阈值并且预设的岩块碎裂的存活率大于产生的随机数时，岩体结构模型才会碎裂，否则岩体结构模型不会碎裂
。
[0020]根据预设的碎裂块体体积模型确定撞击碎裂后每一碎裂块体的体积，包括：获取初始岩块体积和碎裂块体的相对累计数量
P
；
通过预设的体积控制公式确定堆积区岩块体积
V
；其中，所述体积控制公式为：，式中
c
和
b
是幂律分布参数；岩崩动力破碎特征之一是碰撞之后会产生更小的碎裂块体，初始块体体积为1‑
2m3的数量减少可能在6‑9个数量级，在超过
20000m3的岩崩中，初始块体的数量减少可达
15
‑
18
个数量级，岩体的碰撞遵循碎裂块体的相对累计数量
P
与碎裂块体体积幂律分布规律，以此构建岩体结构模型碎裂产生的碎裂块体之间的体积控制方程
。
[0021]根据以下公式确定撞击碎裂后每一碎裂块体的体积：；其中为第次碰撞生成随机碎裂块体体积的随机数，为第次碰撞形成的碎裂块体体积，为碎裂块体数量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种考虑动力碎裂效应的岩崩运动过程三维模拟预测方法，其特征在于，所述方法包括：构建岩体结构模型；基于真实环境获取模拟参数，所述模拟参数包括：碰撞位置向量，碰撞线速度以及碰撞角速度；根据所述模拟参数模拟对所述岩体结构模型的碰撞
、
碎裂
、
运动的过程，得到以所述模拟参数碰撞所述岩体结构模型前的总能量；根据所述总能量以及预设的岩体碎裂条件确定在以所述模拟参数碰撞岩体结构模型后，所述岩体结构模型是否产生碎裂；在确定所述岩体结构模型产生碎裂的情况下，根据预设的碎裂块体体积模型
、
碎裂块体轨迹模型以及碎裂块体能量分配模型确定撞击碎裂后每一碎裂块体的体积
、
每一碎裂块体的运动轨迹以及每一碎裂块体的能量
。2.
根据权利要求1所述的考虑动力碎裂效应的岩崩运动过程三维模拟预测方法，其特征在于：根据所述总能量以及预设的岩体碎裂条件确定在以所述模拟参数碰撞岩体结构模型后，所述岩体结构模型是否产生碎裂，包括：产生一随机数；根据所述总能量与预设的岩体碎裂能量阈值的大小，以及所述随机数与预设的岩块碎裂存活率的大小，确定岩体结构模型是否产生碎裂
。3.
根据权利要求1所述的考虑动力碎裂效应的岩崩运动过程三维模拟预测方法，其特征在于：根据预设的碎裂块体体积模型确定撞击碎裂后每一碎裂块体的体积，包括：获...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健，袁镜清，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：