【技术实现步骤摘要】
本申请涉及岩土工程领域，具体涉及一种基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法。
技术介绍
1、深部开采是我国未来矿业发展的必然趋势。矿产资源进入深部开采后，由于赋存环境的高应力风险性和开挖的强扰动效应，致使采动过程中诱发的高应力和高强度煤岩动力灾害更加显著，严重制约矿产资源的安全高效开采。
2、岩体作为一种复杂非均匀的介质，其变形破坏本质是能量耗散与释放的综合结果，能量耗散主要诱发岩体损伤，能量释放则是引发岩体突然破坏灾变的内在原因。基于此，如何计算岩体释放的能量并反映其时空分布就显得尤为重要。
3、近年来，许多学者应用数值模拟方法分析矿产资源采动过程中工作面与巷道围岩的变形破坏、应力变化与能量耗散，与现场实际监测数据相互验证，取得了良好的应用效果。然而，目前针对矿产资源实际采动过程中释放能量的计算并反映其时空分布变化的数值模拟方法还未有相关研究。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请提供一种基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，以直观实时反映矿产资源采动过程中能量释放的时空演化特征。
2、本专利技术实施例提供一种基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，包括：构建目标区域的三维数值模型，所述数值模型划分有多个单元；利用所述数值模型，根据第一本构模型对预设采动过程进行模拟，并确定所述多个单元基于第一本构模型的计算弹性能，根据第二本构模型对预设采动过程进行模拟，并确定所述多个单元基于第二本构模型的计算弹性能；根据所述多个单元基于第一本
3、在一种具体的实施方案中，所述构建目标区域的三维数值模型，包括：根据第一地质信息，确定采掘工作面的走向、倾向长度，构建目标区域的三维数值模型，所述第一地质信息包括所述目标区域矿产的埋深、采厚、顶底板岩层厚度、地质构造。
4、在一种具体的实施方案中，所述利用所述数值模型，根据第一本构模型对预设采动过程进行模拟，并确定所述多个单元基于第一本构模型的计算弹性能，根据第二本构模型对预设采动过程进行模拟，并确定所述多个单元基于第二本构模型的计算弹性能，包括：根据第二地质信息，分别确定所述数值模型按照所述第一本构模型、第二本构模型对所述预设采动过程进行模拟的力学参数，所述第二地质信息包括所述目标区域矿产和顶底板岩层的密度、弹性模量、泊松比、内摩擦角、抗拉强度，以及采掘工作面地应力；分别确定所述数值模型按照所述第一本构模型、第二本构模型对所述预设采动过程进行模拟的初始条件、边界条件以及力不平衡比率；根据所述数值模型按照所述第一本构模型、第二本构模型对所述预设采动过程进行模拟的力学参数、初始条件、边界条件以及力不平衡比率，得到所述多个单元基于第一本构模型的计算弹性能，以及基于第二本构模型的计算弹性能。
5、在一种具体的实施方案中，所述计算弹性能为：
6、
7、其中，u为所述多个单元中目标单元的计算弹性能，e为所述目标单元的弹性模量，σ1为所述目标单元的最大主应力，σ2为所述目标单元的中间主应力，σ3为所述目标单元的最小主应力，v为所述目标单元的泊松比。
8、在一种具体的实施方案中，所述目标单元若为产生岩体劣化的塑性单元，则所述目标单元的弹性模量e为岩体破坏后的残余杨氏模量er：
9、er＝a·e0，
10、其中，a为岩体劣化系数，er为岩体破坏后的残余杨氏模量，e0为岩体初始杨氏模量，gsi为岩体的地质强度指标。
11、在一种具体的实施方案中，所述第一本构模型为摩尔-库仑本构模型，和/或所述第二本构模型为各向同性弹性本构模型。
12、在一种具体的实施方案中，所述根据所述多个单元基于第一本构模型的计算弹性能，以及基于第二本构模型的计算弹性能，确定所述多个单元在所述预设采动过程中释放的弹性能，包括：根据所述多个单元在所述预设采动过程开挖前，基于第一本构模型的计算弹性能与基于第二本构模型的计算弹性能的差值，得到第一相对值；根据所述多个单元在所述预设采动过程开挖后，基于第一本构模型的计算弹性能与基于第二本构模型的计算弹性能的差值，得到第二相对值；根据所述第一相对值与所述第二相对值的差值，得到所述多个单元在所述预设采动过程中释放的弹性能。
13、在一种具体的实施方案中，所述可视化展示所述多个单元释放的弹性能，包括：将所述多个单元释放的弹性能按照预设阈值划分安全等级；对所述多个单元按照所述安全等级设置颜色。
14、在一种具体的实施方案中，还包括：根据所述安全等级的各单元体积之和，与所述数值模型多个单元总体积的比值，对所述预设采动过程中释放的弹性能进行安全评估。
15、在一种具体的实施方案中，还包括：确定所述多个单元的目标单元在多个所述预设采动过程中释放的弹性能；根据多个所述预设采动过程的时间分布，可视化展示所述目标单元在所述时间分布中释放的弹性能。
16、本专利技术的实施例提供的基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，通过构建目标区域的三维数值模型，所述数值模型划分有多个单元；然后利用所述数值模型，根据第一本构模型对预设采动过程进行模拟，并确定所述多个单元基于第一本构模型的计算弹性能，根据第二本构模型对预设采动过程进行模拟，并确定所述多个单元基于第二本构模型的计算弹性能；根据所述多个单元基于第一本构模型的计算弹性能，以及基于第二本构模型的计算弹性能，确定所述多个单元在所述预设采动过程中释放的弹性能；并可视化展示所述多个单元释放的弹性能。该方法可直观实时反映矿产资源采动过程中能量释放的时空演化特征，为采动过程中诱发的高应力和高强度动力灾害分析提供指导。
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1.一种基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，其特征在于，所述构建目标区域的三维数值模型，包括：
3.如权利要求1所述的基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，其特征在于，所述利用所述数值模型，根据第一本构模型对预设采动过程进行模拟，并确定所述多个单元基于第一本构模型的计算弹性能，根据第二本构模型对预设采动过程进行模拟，并确定所述多个单元基于第二本构模型的计算弹性能，包括：
4.如权利要求1所述的基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，其特征在于，所述计算弹性能为：
5.如权利要求4所述的基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，其特征在于，所述目标单元若为产生岩体劣化的塑性单元，则所述目标单元的弹性模量E为岩体破坏后的残余杨氏模量Er：
6.如权利要求1所述的基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，其特征在于，所述第一本构模型为摩尔-库仑本构模型，和/或所述第二本构模型为各向同性弹性本构模型。
<...【技术特征摘要】
1.一种基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，其特征在于，所述构建目标区域的三维数值模型，包括：
3.如权利要求1所述的基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，其特征在于，所述利用所述数值模型，根据第一本构模型对预设采动过程进行模拟，并确定所述多个单元基于第一本构模型的计算弹性能，根据第二本构模型对预设采动过程进行模拟，并确定所述多个单元基于第二本构模型的计算弹性能，包括：
4.如权利要求1所述的基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，其特征在于，所述计算弹性能为：
5.如权利要求4所述的基于数值模拟的采动释放弹性能计算与可视化方法，其特征在于，所述目标单元若为产生岩体劣化的塑性单元，则所述目标单元的弹性模量e为岩体破坏后的残余杨氏模量er：
6.如权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：马骥，王伟光，张帅，杜锋，张益民，侯志强，刘冬生，冯志成，赵锴，张志鸣，李嘉硕，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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