【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水工岩土工程，更具体的说是涉及一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法及系统。
技术介绍
1、目前，石笼网是近年来河流护岸工程中热门的生态护岸技术，其采用钢筋编织形成长方体笼，然后就地取材采用河道中随处可见的卵砾石填充到钢筋笼中，从而构成了一种复合岩土材料，既有一定的强度，又允许一定的变形。然后通过合理逐层砌筑连接形成护岸柔性边坡，以适应一定程度的不均匀沉降，此处统称钢筋笼包卵砾石。
2、钢筋笼包卵砾石复合材料，内部为细观特征明显、表面光滑的卵砾石，其力学参数受颗粒大小、级配、摩擦等特征控制，外侧则受钢筋笼约束，因此其受力特性和承载力远高于散体材料。但由于复合材料的复杂性，通过现场试验、室内试验进行钢筋笼包卵砾石的力学特征研究十分困难，此时数值模拟方法因其具备能够逼近真实材料的力学响应特征、试样可重复性强、造价低等优势不失为一种有效的宏观介质力学特性研究手段，而常规的连续数值模拟方法在分析和解释大变形及岩土破坏问题上均有局限性。
3、因此，如何提供一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法及系统，依托颗粒流离散元数值模拟方法构造符合真实情况的颗粒细观数值模型提高模拟结果的真实有效性是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法及系统，依托颗粒流离散元数值模拟方法，提出基于钢筋笼包卵砾石复合介质的细观数值构造与模拟方法，借助颗粒流软件pfc3d6.0开展变形计算，可估算宏观等效介质力学参数
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，包括：
3、建立三维钢筋笼模型，对所述三维钢筋笼模型中的网格点与网格线进行定位，检索得到三维钢筋笼模型的边界坐标；
4、设置颗粒直径，在所有网格点上生成颗粒，依次用颗粒填满网格线；约束钢筋位置，防止钢筋笼变形。
5、在所述三维钢筋笼模型的表面设置刚性墙体，分别在所述三维钢筋笼模型的左边界、右边界、前边界、后边界、上边界以及下边界位置生成左边界刚性墙、右边界刚性墙、前边界刚性墙、后边界刚性墙、上边界刚性墙以及下边界刚性墙，在三维钢筋笼模型内随机生成刚性块模拟卵砾石，并进行力学计算至平衡状态；
6、伺服一定的时间步，令三维钢筋笼模型与卵砾石、卵砾石与刚性墙体之间接触良好；删除左边界刚性墙、右边界刚性墙、前边界刚性墙以及后边界刚性墙，去除颗粒的约束，再次达到平衡状态，形成石笼网复合模型；
7、去除墙伺服，构造上加载板和下加载板，记录加载板上承受的力并转换为应力，利用两个加载板位置计算应变，记录加载板的应力-应变关系曲线，计算宏观变形参数与强度力学参数；
8、根据所述宏观变形参数与强度力学参数组合多个石笼网复合模型砌筑。通过多个石笼网复合模型间的摩擦作用模拟宏观介质的挡土效应与抗冲刷作用。
9、优选的，还包括：设置相邻颗粒间的接触为线性接触粘结，并赋予粘结强度，同时对颗粒施加指向三维钢筋笼模型内部的应力。设置相邻颗粒间的接触设置为线性接触粘结模型，赋予较高的粘结强度，并同时对颗粒施加指向笼内部的1kpa应力以防止钢筋笼受力过大而向外飞出。
10、优选的，在所有网格点上生成颗粒，依次用颗粒填满网格线，包括：
11、遍历网格点，根据三维钢筋笼模型的边界坐标设置网格点特殊变量，对所述网格点进行分组；
12、基于所述网格点特殊变量，将三维钢筋笼模型的边界坐标位置向模型外平移，令颗粒与卵砾石外边界相切；
13、遍历网格点，在每个网格点上生成颗粒，记录颗粒数目，遍历网格线，计算网格线的边长，确定网格线上的颗粒数目，依次生成颗粒，得到三维钢筋笼模型所使用的所有颗粒数目，并约束所有颗粒的三分量速度。防止卵砾石未平衡导致对钢筋颗粒的作用力过大，颗粒体系不平衡导致钢筋笼变形。
14、优选的，在三维钢筋笼模型内随机生成刚性块模拟卵砾石，并进行力学计算至平衡状态，包括：
15、利用三维激光扫描技术获取卵砾石轮廓，利用颗粒点云数据进行预处理，将卵砾石轮廓导入颗粒流处理平台；
16、利用颗粒流处理平台以及导入的卵砾石轮廓，在所述三维钢筋笼模型内随机生成刚性块模拟卵砾石，设定卵砾石磨圆程度以及孔隙率，并设置绕x、y、z轴0°～360°的随机刚性块旋转角度；
17、设置卵砾石内部的接触为线性接触，通过颗粒流处理平台计算颗粒体系至平衡状态。所述颗粒流处理平台为pfc6.0平台。
18、优选的，所述构造上加载板和下加载板，包括：给予上边界刚性墙向下的速度，将所述上边界刚性墙构造成上加载板；同时给予下边界刚性墙向上的速度，将所述下边界刚性墙构造成下加载板。
19、优选的，所述计算宏观变形参数与强度力学参数，包括：
20、首先利用上加载板和下加载板的位置坐标计算所述三维钢筋笼模型的高度：定义初始上加载板和下加载板状态的初始高度以及上加载板和下加载板变化的实时高度；
21、计算所述实时高度与所述初始高度的差值，将所述差值与初始高度的比值定义为轴向应变；
22、定义上边界刚性墙和下边界刚性墙的接触力平均值除以接触面积为轴向应力；
23、最后随计算时间步记录轴向应变和轴向应力的时程变化，得到应力-应变关系曲线；
24、根据所述应力-应变关系曲线计算出宏观变形参数与强度力学参数。
25、优选的，根据三维钢筋笼模型的边界坐标设置网格点特殊变量，包括：
26、对于第i个网格点坐标为(xi，yi，zi)，如果xi＝xmin，则第i个网格点位于左边界，第i个网格点的第1个特殊变量标志设置为h；如果xi＝xmax，则第i个网格点位于右边界，第i个网格点的第2个特殊变量标志设置为h；如果yi＝ymin，则第i个网格点位于前边界，第i个网格点的第3个特殊变量标志设置为h；如果yi＝ymax，则第i个网格点位于后边界，第i个网格点的第4个特殊变量标志设置为h；如果zi＝zmin，则第i个网格点位于下边界，第i个网格点的第5个特殊变量标志设置为h；如果zi＝zmax，则第i个网格点位于上边界，第i个网格点的第6个特殊变量标志设置为h。
27、优选的，基于所述网格点特殊变量，将三维钢筋笼模型的边界坐标位置向模型外平移，包括：
28、对于第i个网格点，如果第i个网格点的第1个特殊变量标志为h，其xi坐标向左侧平移；如果第i个网格点的第2个特殊变量标志为h，其xi坐标向右侧平移；如果第i个网格点的第3个特殊变量标志为h，其yi坐标向前侧平移；如果第i个网格点的第4个特殊变量标志为h，其yi坐标向后侧平移；如果第i个网格点的第5个特殊变量标志为h，其zi坐标向下侧平移；如果第i个网格点的第6个特殊变量标志为h，其zi坐标向上侧平移。
29、优选的，依本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，还包括：设置相邻颗粒间的接触为线性接触粘结，并赋予粘结强度，同时对颗粒施加指向三维钢筋笼模型内部的应力。
3.根据权利要求1所述的一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，在所有网格点上生成颗粒，依次用颗粒填满网格线，包括：
4.根据权利要求1所述的一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，在三维钢筋笼模型内随机生成刚性块模拟卵砾石，并进行力学计算至平衡状态，包括：
5.根据权利要求1所述的一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，所述构造上加载板和下加载板，包括：给予上边界刚性墙向下的速度，将所述上边界刚性墙构造成上加载板；同时给予下边界刚性墙向上的速度，将所述下边界刚性墙构造成下加载板。
6.根据权利要求5所述的一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，所述计算宏观变形参数与强度力学参数，包括：
7.根据权利要求3所述的一种复合介质的颗粒流
8.根据权利要求7所述的一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，基于所述网格点特殊变量，将三维钢筋笼模型的边界坐标位置向模型外平移，包括：
9.根据权利要求3所述的一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，依次生成颗粒，得到三维钢筋笼模型所使用的所有颗粒数目，包括：
10.一种复合介质的颗粒流细观数值模拟系统，应用于权利要求1-9任一项所述的一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，还包括：设置相邻颗粒间的接触为线性接触粘结，并赋予粘结强度，同时对颗粒施加指向三维钢筋笼模型内部的应力。
3.根据权利要求1所述的一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，在所有网格点上生成颗粒，依次用颗粒填满网格线，包括：
4.根据权利要求1所述的一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，在三维钢筋笼模型内随机生成刚性块模拟卵砾石，并进行力学计算至平衡状态，包括：
5.根据权利要求1所述的一种复合介质的颗粒流细观数值模拟方法，其特征在于，所述构造上加载板和下加载板，包括：给予上边界刚性墙向下的速度，将所述上边界刚性墙构造成上加载板；同时给予下边界刚性墙向上的速...
【专利技术属性】
技术研发人员：张凌凯，张润涵，石崇，杨荣娴，程慧，李莎，海英，
申请(专利权)人：新疆农业大学，
类型：发明
国别省市：
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