【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于应力计算领域，具体涉及一种岩石应力-渗流耦合计算方法。
技术介绍
1、岩石的应力-渗流耦合问题是指在岩土工程中岩石的应力场和渗流场之间相互影响、相互联系、相互制约的耦合作用，岩石的受力和变形会受到渗流场的影响，岩石在变形之后，其应力场状态发生变化，渗透性也会相应改变，又会影响到岩石的渗流场，岩石再受到渗透力的影响。这种耦合现象在岩土工程中十分普遍，例如地下水开采、水库蓄水、隧道开挖、地下储气库等工程都会涉及到应力-渗流耦合问题。
2、目前对岩石应力-渗流耦合问题的研究主要通过实验室内力学试验和数值模拟进行研究，力学试验受到试样尺寸和试验设备的限制，很难监测岩石内部的受力状态和破坏过程，相较于室内力学试验方法，数值模拟方法不会受到试验设备的限制，可以更加方便地监测岩石的应力状态和变形特征，可以监测到岩石的破坏全过程，但是目前岩土工程中普遍采用有限元、边界元和有限差分法等连续介质数值计算方法，这些数值计算方法难以分析岩土体中的大变形问题，尤其是在分析岩石在应力-渗流耦合情况下的破坏机理时具有很大的局限性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种岩石应力-渗流耦合计算方法，以解决现有技术中的缺点。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、本专利技术实施例提供一种岩石应力-渗流耦合计算方法，包括：
4、获取工程现场的岩石材料的力学参数、矿物成分及其分布；
5、根据岩石材料的矿物成分及其分
6、将岩石材料的力学参数引入平直节理模型，并对离散元颗粒进行标定；
7、建立岩石离散元颗粒模型的流体网络，将流体网络划分为多个流体域，并根据工程现场的渗流场分布，设置流体网络的渗流边界条件；
8、在岩石离散元颗粒模型的上下两端施加不同的渗透压；
9、在岩石材料的上下两端施加不同的渗透压并进行力学实验，获得渗流参数，其中，岩石材料的两端的渗透压与岩石离散元颗粒模型的两端的渗透压相同进行力学实验；
10、通过渗流参数对岩石离散元颗粒模型进行标定；
11、对岩石离散元颗粒模型的四周施加围压，并控制岩石离散元颗粒模型的上墙体及下墙体以第一预设速度相向移动以实现轴向加载；
12、检测加载过程中的力学参数，导出岩石的应力-应变曲线。
13、可选地，获取工程现场的岩石材料的力学参数、矿物成分及其分布的步骤包括：
14、对工程现场进行勘察取样，获得岩石材料；
15、对岩石材料进行三轴压缩试验和巴西劈裂实验，得到其弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、单轴抗拉强度、峰值抗压强度和抗拉强度；
16、对岩石材料进行电子显微镜扫描，获得岩石材料的矿物成分及其分布。
17、可选地，将岩石材料的力学参数引入平直节理模型，并对离散元颗粒进行标定的步骤包括：
18、根据岩石材料的弹性模量和泊松比对岩石离散元颗粒模型的颗粒的法向接触刚度、颗粒法向接触刚度与切向接触刚度之比、接触的法向接触刚度和接触法向接触刚度与切向接触刚度之进行标定；
19、根据岩石材料的黏聚力、抗拉强度和单轴抗拉强度，对颗粒的张拉强度和黏聚力进行标定；
20、根据岩石峰值强度，对颗粒的摩擦系数和接触内摩擦角进行标定。
21、可选地，建立岩石离散元颗粒模型的流体网络，将流体网络划分为多个流体域，并根据工程现场的渗流场分布，设置流体网络的渗流边界条件的步骤包括：
22、依次遍历岩石离散元颗粒模型中的所有接触，将接触的两端孔隙定义为流体域，将连接流体域的通道定义为流体管道，流体管道将各流体域连接形成流体网络；
23、根据工程现场的渗流场分布，设置流体网络的渗透压大小和渗流路径。
24、可选地，在岩石材料的上下两端施加不同的渗透压并进行力学实验，获得渗流参数的步骤包括：
25、在岩石材料的上下两端施加不同的渗透压；
26、对岩石材料进行渗透率实验，获得岩石材料的流体管道开度a0、流体黏度u、法向作用力f0和流体体积模量kf。
27、可选地，对岩石离散元颗粒模型的四周施加围压，并控制岩石离散元颗粒模型的上墙体及下墙体以第一预设速度相向移动以实现轴向加载的步骤包括：
28、根据岩石材料所在的工程现场的应力环境，对岩石离散元颗粒模型的四周施加围压；
29、控制岩石离散元颗粒模型的上墙体及下墙体以第一预设速度相向移动；
30、根据流量方程对流体域中的渗透压进行更新，根据压力方程计算渗透压施加在周围颗粒上的合力，并更新颗粒的运动状态和位置，以及颗粒之间的接触力。
31、可选地，第一预设速度为1×10-3m/s。
32、可选地，根据流量方程对流体域中的渗透压进行更新，根据压力方程计算渗透压施加在周围颗粒上的合力，并更新颗粒的运动状态和位置，以及颗粒之间的接触力的步骤包括：
33、计算相邻两个颗粒之间的距离g；
34、根据距离g计算管道流体开度α；
35、计算两个颗粒之间的流体管道长度l；
36、计算流体管道内的流量q及两个流体域之间的渗透压差δp，对流体域中的渗透压进行更新；
37、根据流体管道内的流量计算作用在颗粒上的合力fd；
38、根据合力更新颗粒的运动状态和位置，以及颗粒之间的接触
39、可选地，距离g的计算公式为：
40、其中，x1和y1是颗粒1的坐标，x2和y2是颗粒2的坐标；
41、若g＝0，则管道流体开度α的计算公式为：若g>0，则管道流体开度α的计算公式为：a＝a0+λ(d-r1-r2)；其中，a0是初始流体管道开度，f是两个颗粒间对应接触受到的法向作用力，f0是当流体管道开度α减少为初始流体管道开度a0的一半时，其对应接触受到的法向作用力，λ是放大系数，r1是颗粒1的半径，r2是颗粒2的半径；
42、流体管道长度l的计算公式为：
43、渗透压差δp的计算公式为：其中，kf是流体体积模量，vd是流体域表观体积，δt是计算时间步长，δvd是流体域的体积变化量；
44、流量q的计算公式为：其中，p2-p1是δp。
45、可选地，合力fd的计算公式为：其中，θ是流体域边界与颗粒圆心之间的夹角，β是流体域边界与颗粒圆心之间的半角，r是颗粒的半径。
46、本专利技术具有以下有益效果：本专利技术技术方案根据岩石材料的力学参数、矿物成分及其分布建立岩石离散元颗粒模型，然后将所述流体网络划分为多个流体域，通过对岩石离散元颗粒模型的四周施加渗透压以模拟工程现场的环境，再对岩石材料进行力学实验获得岩石材料的渗流参数，将渗流参数导入岩石离散元颗粒模型，并模拟上下受压的情况，在过程中记录岩石的应力应变并形成应力-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种岩石应力-渗流耦合计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的岩石应力-渗流耦合计算方法，其特征在于，所述获取工程现场的岩石材料的力学参数、矿物成分及其分布的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的岩石应力-渗流耦合计算方法，其特征在于，所述将所述岩石材料的所述力学参数引入平直节理模型，并对所述离散元颗粒进行标定的步骤包括：
4.根据权利要求1所述的岩石应力-渗流耦合计算方法，其特征在于所述建立所述岩石离散元颗粒模型的流体网络，将所述流体网络划分为多个流体域，并根据工程现场的渗流场分布，设置所述流体网络的渗流边界条件的步骤包括：
5.根据权利要求1所述的基坑支护结构自适应调节系统，其特征在于，所述在所述岩石材料的上下两端施加不同的渗透压并进行力学实验，获得渗流参数的步骤包括：
6.如权利要求1-5中任一项所述的岩石应力-渗流耦合计算方法，其特征在于，所述对所述岩石离散元颗粒模型的四周施加围压，并控制所述岩石离散元颗粒模型的上墙体及下墙体以第一预设速度相向移动以实现轴向加载的步骤包括：
7.如权利
8.如权利要求6所述的岩石应力-渗流耦合计算方法，其特征在于，所述根据流量方程对流体域中的渗透压进行更新，根据压力方程计算渗透压施加在周围颗粒上的合力，并更新颗粒的运动状态和位置，以及颗粒之间的接触力的步骤包括：
9.如权利要求8所述的岩石应力-渗流耦合计算方法，其特征在于，所述距离g的计算公式为：
10.如权利要求9所述的岩石应力-渗流耦合计算方法，其特征在于，所述合力Fd的计算公式为：其中，θ是流体域边界与颗粒圆心之间的夹角，β是流体域边界与颗粒圆心之间的半角，R是颗粒的半径。
...【技术特征摘要】
1.一种岩石应力-渗流耦合计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的岩石应力-渗流耦合计算方法，其特征在于，所述获取工程现场的岩石材料的力学参数、矿物成分及其分布的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的岩石应力-渗流耦合计算方法，其特征在于，所述将所述岩石材料的所述力学参数引入平直节理模型，并对所述离散元颗粒进行标定的步骤包括：
4.根据权利要求1所述的岩石应力-渗流耦合计算方法，其特征在于所述建立所述岩石离散元颗粒模型的流体网络，将所述流体网络划分为多个流体域，并根据工程现场的渗流场分布，设置所述流体网络的渗流边界条件的步骤包括：
5.根据权利要求1所述的基坑支护结构自适应调节系统，其特征在于，所述在所述岩石材料的上下两端施加不同的渗透压并进行力学实验，获得渗流参数的步骤包括：
6.如权利要求1-5中任一项所述的岩石应力-...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔岚，常柳明，盛谦，陈健，何明明，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。