【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工程地质勘测，具体为一种岩石多场耦合模型的建立方法及其模型。
技术介绍
1、岩石多场耦合问题的研究已有数十年的历史，涵盖了单一物理场、两场耦合以及三场耦合对岩石的影响。深部矿产资源开采和地下空间开发中，岩石所处的环境极为复杂，涉及高温、高渗透压、高应力和复杂的水化学环境，这些因素共同作用形成了温度-水流-应力-化学(thmc)多场耦合效应。
2、尽管已有研究取得了一定的进展，但在多场耦合本构模型的建立、裂隙演化、变形力学机制的深入理解等方面仍存在不足。特别是在深部岩体工程中，多场耦合的复杂性给岩石工程的稳定性分析带来了挑战，现有的研究尚未能完全揭示多场耦合作用下岩石的物理力学性能变化规律。
3、为了更好地理解岩石在多场耦合作用下的行为，实验和数值模拟是两种主要的研究手段。实验研究通过改进和研发多场耦合试验系统，结合现代无损探测技术如实时ct扫描、sem、nmri等，从微观到宏观对岩石结构及演化过程进行研究。
4、数值模拟方面，随着计算机技术的发展，如toughreact与flac3d结合的软件以及comsol与matlab对接的程序，为多场耦合模拟提供了技术支持(“thmc多场耦合作用下岩石物理力学性能与本构模型研究综述”，颜丙乾等，工程科学学报，2020年)。
5、针对岩石工程长期稳定性的智能反馈分析方法，已有研究提出了基于现场反馈信息的动态分析方法，这些方法能够及时将现场信息与地质分析模型相结合，并根据分析结果为设计、施工和长期稳定性维护提供建议(“岩石工程长期稳
6、岩石多场耦合模型的建立是研究的基础，一些专利文献对此进行了有益的研究，并提出过一些方案。
7、例如，中国专利cn109284571a披露了一种二氧化碳置换页岩气多尺度多场耦合渗流数学建模方法，其方法在建立的多尺度页岩孔缝中气体流动形态分类模式的基础上，建立了页岩基质纳米孔、基质纳微米孔及裂缝中二氧化碳置换页岩气多组分气体体系多场耦合渗流数学模型，并建立块中心网格块内及网格块间的差分数值模型。
8、综上所述，现有技术在多场耦合下岩石的力学性能研究方面取得了一定成果，但仍需进一步发展。未来的研究应更加注重多物理场耦合的深入分析，提高模型的准确性和实用性。
9、此外，智能反馈分析方法的进一步发展，结合机器学习和人工智能技术，有望为岩石工程的稳定性分析提供更加高效和精准的工具。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有岩石工程的多物理场耦合的分析不够深入的问题，除此之外，将非接触式观测与接触式观测的优点结合，以克服现有的观测方法中的诸如精度差、装置易损坏等问题。提出了一种岩石多场耦合模型的建立方法及其模型，通过多尺度建模、无损检测技术、机器学习算法和智能优化的综合应用，不仅提升了岩石多场耦合模型的建立和分析的精度，而且增强了模型的智能化和自动化水平，还结合了微观结构数据与宏观响应，提供了对岩石行为更深入的理解，同时，本专利技术能够为岩石工程设计和施工提供更为精确和高效的决策支持，也为岩石力学研究领域提供了一种新的分析和模拟方法。通过这种综合方案，可以更好地预测和管理岩石在复杂地质条件下的行为，从而提高工程的安全性和经济性。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种岩石多场耦合模型的建立方法及其模型，包括：
3、s1、通过取样获得岩石样品，获取初始数据并进行数据预处理，将预处理后的数据输入到计算机系统中；
4、s2、在微观尺度上，基于获取的初始数据，通过统计方法或数值方法表征岩石的微观力学行为；
5、s3、基于s2将微观参数向上尺度转换，预测岩石在宏观尺度上的响应，构建多尺度模型；
6、s4、以预处理后的数据作为输入，基于所述多尺度模型，进行有限元分析来模拟岩石在实际工程条件下的宏观响应；
7、s5、利用机器学习算法对机器学习模型参数进行优化，并进行模型验证。
8、优选的，所述s1包括如下步骤：
9、s11、对岩石表面和裂隙进行高分辨率成像，并探测岩石内部的孔隙结构和流体分布；同时，对岩石样品进行三维成像，以获得精确的孔隙和裂隙的空间分布数据；
10、s12、对获取的图像数据进行图像分割和孔隙结构的三维重建；
11、s13、对s11和s12获得的数据进行归一化处理；
12、s14、将预处理后的数据输入到计算机系统中，为多场耦合模型的建立和仿真提供必要的输入条件。
13、优选的，所述数据预处理包括图像分割、孔隙结构的三维重建和数据归一化；获取初始数据包括在实验室和现场通过无损检测技术，获取岩石样品的微观结构数据和物理属性数据。
14、优选的，所述s2包括：通过微观力学模型对岩石样品微观结构数据进行分析，利用统计方法量化岩石的微观特性；通过微观力学模型来预测局部应力-应变关系；
15、微观力学模型的表达式为：
16、σe＝σ-αp；
17、其中，σ是总应力，p是孔隙压力，α是与孔隙几何形状有关的系数。
18、优选的，所述s3包括：
19、s31、通过hill-mandel条件推导宏观应力和微观应力之间的关系，将微观参数向宏观尺度转换以确定宏观力学性质，具体表示为：
20、<σmicro>＝σmacro；式中，<σmicro>是微观应力的平均值，σmacro是宏观应力；
21、s32、基于所述宏观力学性质，使用标准岩石力学测试得到的实验数据进行验证。
22、优选的，所述标准岩石力学测试包括使用单轴压缩测试数据来验证宏观弹性模量，具体表达式为：
23、其中，δσ是施加的应力变化，δτ是相应的应变变化。
24、优选的，所述s4包括如下步骤：
25、s31、基于预处理后的数据，使用计算机辅助设计软件构建岩石或岩石结构的精确三维几何模型并进行网格划分，创建网格模型；
26、s32、基于网格模型为岩石样品定义材料属性并为网格模型施加实际工程边界条件；
27、s33、根据s32对岩石样品施加载荷并进行响应分析，得到多尺度模型，也就是岩石多场耦合模型；其中，载荷包括静态荷载和动态荷载。
28、优选的，所述s5包括如下步骤：
29、s51、选择机器学习算法，获取历史实验数据或现场监测数据并训练机器学习算法对应的机器学习模型；
30、s52、机器学习模型训练完成后，机器学习算法根据输入数据和模型预测误差对岩石多场耦合模型中的参数进行调整优化；
31、s53、对优化后的机器学习模型进行验证；其中，验证包括计算预测值和实际值之间的差异。
32、一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种岩石多场耦合模型的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种岩石多场耦合模型的建立方法，其特征在于，所述S1包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种岩石多场耦合模型的建立方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种岩石多场耦合模型的建立方法，其特征在于，所述S2包括：
5.根据权利要求1所述的一种岩石多场耦合模型的建立方法，其特征在于，所述S3包括：
6.根据权利要求5所述的一种岩石多场耦合模型的建立方法，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的一种岩石多场耦合模型的建立方法，其特征在于，所述S4包括如下步骤：
8.根据权利要求1所述的一种岩石多场耦合模型的建立方法，其特征在于，所述S5包括如下步骤：
9.一种岩石多场耦合模型，其特征在于由权利要求1所述方法建立。
【技术特征摘要】
1.一种岩石多场耦合模型的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种岩石多场耦合模型的建立方法，其特征在于，所述s1包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种岩石多场耦合模型的建立方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种岩石多场耦合模型的建立方法，其特征在于，所述s2包括：
5.根据权利要求1所述的一种岩石多场耦合模型的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈兵，李鹏飞，郑克勋，韩啸，
申请(专利权)人：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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