1.基于Neper-DEM的带层理结构的显晶质岩石建模与计算方法,其特征在于,包括:在Neper中构建具备晶体特征的多晶体结构,再将多晶体结构生成为晶粒的几何参数文本;在DEM中构建离散元岩石试样模型,包括构建离散元试样并导入几何参数文本作为几何信息,根据几何信息对离散元试样进行分组,在离散元试样中构建多个相互平行的层理面、方向与晶粒相交平面一致的组间节理面,而后对离散元试样赋予三类接触模式的接触模型和参数,三类接触模式包括离散元试样组组内接触、离散元试样组组间接触及节理面接触;对离散元岩石试样模型进行数值模拟试验获取应力应变曲线及试样破坏模式,所述数值模拟采用巴西劈裂试验和三轴试验实现;根据数值模拟结果对离散元试样计算参数进行标定,验证离散元岩石试样模型的建模及计算方法的有效性;所述多晶体结构创建过程包括:根据晶体特征即晶粒数量、晶粒形状、晶粒分布利用3D的泰森多边形镶嵌方法构建晶状体,其中晶粒数量在Neper命令中指定,晶粒形状由等效直径与球度的正态分布来体现,晶粒分布由随机位置和种子生成权重共同控制,在不同种子权重的影响下,晶粒之间的边界在种子之间变得非等距,种子的权重越大,其关联的晶粒就越大;泰森多边形镶嵌完成后将晶状体的各项参数输出为STL文件;所述赋予三类接触模式的接触模型和参数包括:根据已建立的层理面、组间节理面对离散元模型进行接触模型与参数赋值;对层理面赋予光滑节理模型,该模型方向与层理面相同,接触参数较小以模拟软弱结构面;对组间节理面同样赋予光滑节理模型,以模拟晶体间界面接触,接触参数值较层面更大;对不在组间节理面和层理面覆盖范围的颗粒赋予平节理模型;所述根据数值模拟结果对离散元试样计算参数进行标定包括:通过三轴试验结果标定离散元模型的变形参数,当层理方向与加载方向垂直时,层理面对于试样弹性模量影响最小,此时标定晶粒间的光滑节理模型与平节理模型的刚度参数;当层理方向与加载方向重合时,层理面刚度影响最大,标定层理面的光滑节理模型刚度参数;根据巴西劈裂试验结果标定离散元模型强度参数,当层理面方向与加载方向垂直时,标定光滑节理模型与平节理模型的强度参数;当层理方向与加载方向重合时,层理面刚度影响最大,标定层理面的光滑节理模型强度参数。
2.根据权利要求1所述的基于Neper-DEM的带层理结构的显晶质岩石建模与计算方法,其特征在于,所述根据几何信息对离散元试样进行分组包括:导入几何信息,所述几何信息包括凸面体晶粒的各个面的法向向量以及组成各个面的节点坐标,并且多个面共同构成一个晶粒实体;利用DEM读取几何信息在DEM生成相同的节点域面,根据多个面组成的凸面体晶粒构建为单独一个Geometry并根据导入顺序为其命名;根据已命名的Geometry对已有的离散元试样进行分组,当多个颗粒落在Geometry多面体范围内被认定为一个单独的组,其命名与Geometry保持一致;重复上述步骤,直至构成多晶体的所有晶粒导入并实现分组。
3.根据权利要求1所述的基于Neper-DEM的带层理结构的显晶质岩石建模与计算方法,其特征在于,所述构建多个相互平行的层理面、方向与晶粒相交平面一致的组间节理面包括:在多晶体离散元试样中添加一定数量的平行的节理面,由倾向、倾角控制层理方向与原试样一致且各个层理间距保持一致;根据导入的晶粒面的方向构建组间节理面,判断相互接触的两个颗粒是否为同一组,若为同一组则不处理,若不为同一组则分别读取组名,所述组名对应相同名字的Geometry;根据名字找到对应的两个Geometry,判断Geometry共有的面,获取该面的方向并赋予该两接触颗粒节理面相同方向。
4.根据权利要求1所述的基于Neper-DEM的带层理结构的显晶质岩石建模与计算方法,其特征在于,所述数值模拟试验的试验过程为:在离散元岩石试样模型顶部和底部分别创建墙体单位,以墙体单元模拟巴西劈裂试验的压头,设置墙体单元的模量与宽度以及固定墙体加载的速度;当墙体开始加载时,记录墙体压缩的位移、压缩过程中所受力、多晶体模型的裂纹分布及数量,通过DEM命令自动导出数据与图片并获取应力应变曲线、弹性模量、破坏模式与破坏强度。
5.根据权利要求1所述的基于Neper-DEM的带层理结构的显晶质岩石建模与计算方法,其特征在于,所述获取应力应变曲线包括:在巴西劈裂试验的离散元模拟中监测墙的轴向力以及墙轴向应变和位移,在监测过程中不断更新最大峰值力,若新产生的力小于峰值力的阈值时,判定试样发生破坏;此时结束计算,输出墙的轴向力与轴向应变,利用公式将轴向力变换为应力,绘制应力应变曲线,应力 计算公式如下: ;其中 为巴西劈裂应力, 为墙轴向力, 为试样直径, 为试样厚度。
6.根据权利要求1所述的基于Neper-DEM的带层理结构的显晶质岩石建模与计算方法,其特征在于,所述获取应力应变曲线还包括:在三轴试验中的离散元模拟中监测墙的轴向力以及墙轴向应变及位移,在监测过程中不断更新最大峰值力,当前力小于峰值力的阈值时,判定试样发生破坏;此时结束计算,输出墙的轴向力与轴向应变,利用公式将轴向力变换为应力,绘制应力应变曲线,应力 计算公式如下: ;其中 为轴向应力, 为底部墙压力, 为顶部墙压力, 为圆柱试样直径。
7.根据权利要求4所述的基于Neper-DEM的带层理结构的显晶质岩石建模与计算方法,其特征在于,所述多晶体模型的裂纹分布的获取过程包括:根据三类接触模式不同特征及破坏模式,将裂纹类型总共分为6类,分别为平节理模型拉伸裂纹、平节理剪切裂纹、晶间光滑节理模型拉伸裂纹、晶间光滑节理模型剪切裂纹及层理面光滑节理模型拉伸裂纹、层理面光滑节理模型剪切裂纹;试验加载过程中记录各个裂纹数量随着应变增加而增加的量值,绘制裂纹变化图片,判断该试验中哪种类型破坏占比最大。