(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211082004.X (22)申请日 2022.09.06 (71)申请人 陕西交通职业 技术学院 地址 710018 陕西省西安市文景路19号 (72)发明人 高洁　任大忠　叶征　孟琳　 罗碧玉　丰培洁　田超　孟庆祥　 (74)专利代理 机构 北京睿智保诚专利代理事务 所(普通合伙) 11732 专利代理师 杜娟 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种适用 于节理岩体的多场多尺度数值分 析方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种适用于节理岩体的多场 多尺度数值分析方法及系统， 涉及土木工程、 水 利水电工程、 新能源工程技术领域， 包括： 宏观计 算框架建立步骤、 细观尺度数值模型建立步骤、 渗流应力耦合模 型建立步骤、 数值均匀化分析步 骤。 本发明将传统的本构建模和积分过程转化为 周期性边界条件下的精细结构模拟与均匀化分 析， 首先克服了传统本构建模的小变形假定， 允 许材料发生大变形力学行为； 其次该方法从岩体 的精细结构出发， 不需要传统的本构建模过程， 对于复杂结构岩体具有 普遍的适用性。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115438410 A 2022.12.06 CN 115438410 A 1.一种适用于节理岩体的多场多尺度数值分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S101.宏观计算框架建立步骤： 根据岩体工程地质剖面， 建立岩体工程的几何模型， 并 进行网格剖分生成宏观数值模型； S201.细观尺度数值模型建立步骤： 根据现场岩体结构特性， 获得几何模型的统计特 征， 采用网格映射的方式， 生成具有周期性结构的细观尺度实体单元数值模型， 模型的单元 为四节点 渗流单元； S301.渗流应力耦合模型建立步骤： 在节 理面上嵌入0厚度内聚力渗流单元模拟节理的 渗流和力学 行为， 得到渗 流应力耦合模型； S401.数值均匀化分析步骤： 结合细观尺度数值模型与渗流应力耦合模型开展精细结 构模型的渗流应力耦合连续 ‑非连续数值模拟， 基于数值均匀 化理论和精细结构渗流应力 耦合模拟结果， 采用体积平均和静力凝聚方法计算等效宏观物理力学参量， 并返回到宏观 模型的迭代计算中。 2.根据权利要求1所述的一种适用于节理岩体的多场多尺度数值分析方法， 其特征在 于， S101.宏观计算框架建立步骤中， 工程尺度上把岩体等效为均匀材料， 将水视为可压缩 流体， 最终宏观模型尺度需要满足Bi ot方程、 有效应力原理和连续 性方程。 3.根据权利要求1所述的一种适用于节理岩体的多场多尺度数值分析方法， 其特征在 于， S301.渗流应力耦合模型建立步骤中， 内聚力渗流单元采用基于损伤的牵连分离法则 满足公式(1)， 其 渗透特征采用立方定律公式(2)， 公式具体如下： 其中， σn和 τs为法向和切向应力分量； Enn， Ess， Ens和Esn为材料参数， μf为流体粘性， pf为 沿着裂隙面的孔压 。 4.根据权利要求1所述的一种适用于节理岩体的多场多尺度数值分析方法， 其特征在 于， S401.数值均匀化分析步骤中还包括： 根据节理岩体精细结构模型的尺寸， 将宏观模型 高斯积分点上参量转化为精细结构模型的周期性边界约束， 分为位移约束和孔压约束两 类。 5.根据权利要求4所述的一种适用于节理岩体的多场多尺度数值分析方法， 其特征在 于， 在位移约束时， 采用有限应变假设， 既剪应变是不对称的， 即 其中， ui和uj为 位移分量， xi和xj为坐标分量。 6.根据权利要求5所述的一种适用于节理岩体的多场多尺度数值分析方法， 其特征在 于， S401.数值均匀化分析步骤中还包括： 通过无序节点集合的多点约束的方式实现周期权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115438410 A 2性边界条件的快速施加。 7.一种适用于节理岩体的多场多尺度数值分析系统， 其特征在于， 应用权利要求1 ‑6任 一项所述的一种适用于节理岩体的多场多尺度数值分析方法， 包括依次连接的宏观计算框 架建立模块、 细观尺度数值模型建立模块、 渗流应力耦合模型建立模块和数值均匀 化分析 模块； 宏观计算框架建立模块， 用于根据岩体工程地质剖面， 建立岩体工程的几何模型， 并进 行网格剖分生成宏观数值模型； 细观尺度数值模型建立模块： 根据现场岩体结构特性， 获得几何模型的统计特征， 采用 网格映射的方式， 生成具有周期性结构的细观 尺度数值模型； 渗流应力耦合模型建立模块， 用于在节理面上嵌入0厚度内聚力渗流单元模拟节理的 渗流和力学 行为， 得到渗 流应力耦合模型； 数值均匀化分析模块， 用于结合细观尺度 数值模型与渗流应力耦合模型开展精细结构 模型的渗流应力耦合连续 ‑非连续数值模拟， 基于数值均匀 化理论和精细结构渗流应力耦 合模拟结果， 采用体积平均和静力凝聚方法计算等效宏观物理力学参量， 并返回到宏观模 型的迭代计算中。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115438410 A 3