一种模拟带有不整合面岩体的方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟带有不整合面岩体的方法，本方法考虑到岩层之间的不整合面对模拟的影响，使用基于颗粒流理论的PFC3D作为模拟平台，分别模拟了地下岩体中不同岩层的接触情况，包括：整合、平行不整合、角度不整合的接触情况；其包括如下步骤：定义岩体坐标系，确定接触面走向的关键坐标点，使用MATLAB拟合这些走向曲线并得到曲线参数，使用下落法构造岩层，使用FISH根据走向曲线参数形成接触面，本发明专利技术方法能够对地下岩土体进行精确建模，用以构建夹杂不同形式接触面的岩体。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，本方法考虑到岩层之间的不整合面对模拟的影响，使用基于颗粒流理论的PFC3D作为模拟平台，分别模拟了地下岩体中不同岩层的接触情况，包括：整合、平行不整合、角度不整合的接触情况；其包括如下步骤：定义岩体坐标系，确定接触面走向的关键坐标点，使用MATLAB拟合这些走向曲线并得到曲线参数，使用下落法构造岩层，使用FISH根据走向曲线参数形成接触面，本专利技术方法能够对地下岩土体进行精确建模，用以构建夹杂不同形式接触面的岩体。【专利说明】
本专利技术涉及岩土工程，特别是涉及对地下岩土体进行精确建模。
技术介绍
在进行地下工程可行性分析及安全性分析等问题时，多数情况下工程所在区域地质条件并不是相同的，可能包含各种地质构造现象。现今人类生活的地区主要集中在第四纪地质活动不剧烈的地区，这些地区地表一般是由沉积-剥蚀-再沉积的方式形成的，加之断层错动，使岩土层内形成了一些不同形式的接触面。接触面的上下两套岩层的岩层性质不同，接触面又使两套岩层的连接性消弱，所以接触面的存在对岩土体的模拟有着直接的影响。目前，针对岩土体中接触面，特别是使用PFC3D模拟岩土体时的接触面如何构造的研究较少。毛先成等研究了基于TIN的地质界面三维形态分析方法与应用；张燕等研究了开采扰动下不整合面附近岩土体变形特征；于福生等对龙门山前缘关口断裂典型构造剖面的物理模拟实验及其变形主控因素进行了研究；廖杰等对珠江口盆地白云凹陷裂后异常沉降进行了数值模拟。这些模拟中岩土体中的接触面构建的并不精细，对后期模拟施工等具体问题会有难以预料的影响，所以如何构造符合实际的接触面是值得研究的问题。从接触形式上看，岩层的接触大体上可分为整合与不整合两大类。Vail和Hardenbol等从层序地层学的角度提出，不整合是一个重要的时间间断的面，具剥蚀、消截和地表暴露性质。不整合是沉积间断-剥蚀-再沉积的集合体，沉积作用控制了不整合上覆底层的形态，构造作用控制了不整合下伏底层的特征。任何不整合都受到沉积和构造作用的双重控制，都是复合成因的。不整合一般分为角度不整合和假整合(又称平行不整合)等类型。前者是两套地层呈一定角度接触，中间为一侵蚀面(即不整合面)，说明在前一套地层沉积后，有一次大的构造运动和海陆变化，然后地壳再次下沉又沉积了后一套地层。后者是两套地层大体呈平行接触，中间为一侵蚀面(即不整合面)，说明在前一套地层沉积过程中有一次较大的地壳上升或海退运动以后地壳再次拗陷，沉积了后一套地层。识别和鉴定不整合的证据:①地层自然记录缺失的间隔证据，包括古生物自然记录的间断和地层自然记录的间断。②侵蚀的证据，包括构造不一致和地形不规则。③古陆表面的证据，包括风化面、古土壤、底砾岩等。不整合研究具有广泛意义，它是造山幕律立或构造旋回划分、岩石地层单位划分的重要依据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法使用PFC3D模拟平台，借助其颗粒流的特性，模拟岩土体内岩层及其接触面。以达到模拟整合、平行不整合、角度不整合接触情况的目的。并且本方法构建模型经验证是符合实际岩土体特征的。本专利技术的方法使用PFC3D模拟平台，基于下落法的PFC3D模型构建如下:考虑到岩土体形成过程是由于风化、沉积等作用使颗粒在竖直方向从下到上逐层堆积形成的，并经过自然压实的过程。按照该思想构建了”下落法”来构造初始应力场。PFM是通过使颗粒在竖直方向从下到上逐层堆积并压实的过程构造模型的，具体流程如下: O生成模型外围边界墙，设置墙的刚度； 2)设置当前岩土体的外围边界墙，设置墙的刚度； 3)在当前岩土体竖直方向投影区域内生成颗粒； 4)设置重力加速度、颗粒密度、刚度和摩擦系数等参数，并计算至所需要的堆积高度； 5)设置颗粒之间的相互作用，如n_bond、s_bond等； 6)删除不需要的颗粒，并计算至平衡； 7)判断是否完成最顶层构造，如未完成，返回至第2)步，进行上一岩土层的构造建模，如已完成，直接进行下一步； 8)调整相关参数，并计算至平衡。针对上述接触面线型特点，本专利技术模拟带有不整合面岩体的方法，使用基于颗粒流理论的PFC3D作为模拟平台，分别模拟了地下岩体中不同岩层的接触情况，包括:整合、平行不整合、角度不整合的接触情况，用于构建夹杂不同形式接触面的岩体。本专利技术方法的步骤如下: O定义岩体坐标系:定义三维坐标系，以便进行线型的拟合； 2)确定接触面走向的关键坐标点:根据接触面走向特点，包括线性、二次或三次曲线，确定能够用于拟合走向曲线的坐标点； 3)使用MATLAB拟合这些走向曲线并得到曲线参数:对于整合面可以拟合成一次曲线；对于平行不整合面，由于其线型变化没有明显规律，将线型分解为多个子线性线型，每个子线型可由一次函数表示，从而构造出适合的平行不整合面；对于角度不整合面拟合成二次或三次曲线，并配合平行不整合面的构造方法即可实现；拟合后得到的拟合曲线参数用于FISH对岩层几何形状的造型； 上述1-3步是建模的预备工作，确定了将要构建模型内部接触面及岩层的几何特征，下面的使用下落法的PFC3D模型构造是基于上述拟合曲线实现的。4)使用下落法构造岩层:构造的岩层几何尺寸要满足使用FISH对该层进行造型的需要，如果接触面较简单，如整合，使用del range对接触面进行造型,不用再经过步骤5 ； 5)使用FISH根据拟合的曲线参数形成接触面:根据第3步得到的曲线参数，使用FISH在PFC3D中构造这些曲线；考虑到下落法构造模型的特点，对于某层岩体只对上层接触面进行造型，即根据曲线参数使用FISH形成该岩层上部接触面的曲线，使用语句find_ball (id)定位位置在该曲线以上的颗粒，并进行删除，以达到构造接触面的目的； 后两步为实际的PFC3D模型的构造过程，每循环一次第4步和第5步便可构造一层岩体，循环多次便可实现整个模型由下部岩层向上部岩层的构造，直至完成整个模型。专利技术人指出:不同岩层的接触情况，整合接触面的特点是接触面线型是线性的，之间是平行的；平行不整合接触关系的特点是接触面线型为非线性，局部不平整；角度不整合接触关系的特点是接触面线型为二次或三次曲线，也可能夹杂着平行不整合现象。本专利技术的优点:以往的岩体建模不考虑接触面的构造。模拟岩土体中的接触面构建的并不精细，对后期模拟施工等具体问题会有难以预料的影响，所以本方法通过模拟整合、平行不整合、角度不整合的接触情况，可以使所建的岩体模型在模拟实验中更加接近实际的破坏特征。【专利附图】【附图说明】图1为PFM流程图。图2为PFM构建尾矿库第三岩土层的过程图；图2 (A)是初始状态，图2 (B)在第三层竖直投影区域按照设定生成颗粒并下落，图2 (C)为下落稳定后的颗粒堆积状态，图2 (D)根据实际的岩层形状对该层进行造型。图3为岩层的接触关系图；图3(a)为整合接触面，图3 (b)为平行不整合接触面，图3(c)为角度不整合接触面。图4为平行不整合及角度不整合岩层剖面坐标标定。图5为平行不整合构造过程图。图6为角度不整合构造过程图。【具体实施方式】使用该方法构建如图3的夹杂接触面的岩体。对于图3 (a)的夹杂整合面的岩体构造较为简单使用下落法和FISH中的range可以直接构建。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟带有不整合面岩体的方法，其特征在于，使用基于颗粒流理论的PFC3D作为模拟平台，分别模拟了地下岩体中不同岩层的接触情况，包括：整合、平行不整合、角度不整合的接触情况，用于构建夹杂不同形式接触面的岩体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈善乐，汪华君，崔铁军，赵明洲，王坤，王洪波，
申请(专利权)人：陈善乐，
类型：发明
国别省市：