1.一种基于颗粒流离散元数值模拟的岩土力学表征方法,其特征在于,包括:在室内利用岩土三轴压缩试验,获取在宏观尺度上不同围压下岩土的受压应力-应变曲线;分析所述不同围压下岩土的受压应力-应变曲线,确定岩土弹性模量随球应力变化的非线性动态映射关系;所述分析所述不同围压下岩土的受压应力-应变曲线,确定岩土弹性模量随球应力变化的非线性动态映射关系,包括:分析单一围压下的应力-应变曲线,确定单一围压下全压缩过程多个变形阶段的变形特征;所述多个变形阶段包括压密阶段、弹性变形阶段、峰前塑性变形阶段、峰后塑性变形阶段和剩余强度阶段;所述压密阶段与所述弹性变形阶段呈非线性变形特征;分析不同围压下的应力-应变曲线,确定岩土不同围压下的变形特征;基于所述单一围压下全压缩过程中所述压密阶段与所述弹性变形阶段的非线性变形特征和所述岩土不同围压下的变形特征,确定岩土在不同围压下所述压密阶段与所述弹性变形阶段的弹性模量随球应力变化的非线性动态映射关系;基于所述岩土弹性模量随球应力变化的非线性动态映射关系,建立微观尺度上的三维颗粒流离散元数值模型;基于PB接触模型对所述三维颗粒流离散元数值模型进行二次开发,得到根据应力环境主动变刚的VSPB接触模型;所述PB接触模型为线性平行胶结模型;所述VSPB接触模型为主动变刚度线性平行胶结模型;所述基于PB接触模型对所述三维颗粒流离散元数值模型进行二次开发,得到根据应力环境主动变刚的VSPB接触模型,包括:在PB接触模型中设置线性弹簧与胶结弹簧独立作用,并定义接触参数;所述接触参数包括线性弹簧刚度、胶结弹簧刚度和颗粒的摩擦系数;不同性质的岩土对应不同的接触参数取值;在所述三维颗粒流离散元数值模型中,基于所述线性弹簧刚度和胶结弹簧刚度确定所述根据应力环境主动变刚的VSPB接触模型;所述VSPB接触模型包括岩土在不同围压下所述压密阶段与所述弹性变形阶段的实时弹簧刚度与接触应力的函数关系;所述VSPB接触模型用于遍历所有颗粒的接触状态,并基于所述颗粒的接触状态更新颗粒的接触刚度;以岩土的宏观力学参数为目标,调整所述VSPB接触模型的接触参数,并基于所述VSPB接触模型的接触参数,确定优化后的VSPB接触模型;基于所述优化后的VSPB接触模型,利用三轴数值试验确定岩土的最终受压应力-应变曲线。
2.如权利要求1所述的基于颗粒流离散元数值模拟的岩土力学表征方法,其特征在于,所述岩土在不同围压下所述压密阶段与所述弹性变形阶段的弹性模量随球应力变化的非线性动态映射关系为指数相关关系。
3.如权利要求2所述的基于颗粒流离散元数值模拟的岩土力学表征方法,其特征在于,岩土在不同围压下所述压密阶段与所述弹性变形阶段的弹性模量 E 随球应力变化的非线性动态映射关系表示为:其中, 为弹性模量的最大值; 代表弹性模量的变化幅度; 代表硬化速度;所述球应力包括垂直方向的应力 和水平方向的应力 。
4.如权利要求1所述的基于颗粒流离散元数值模拟的岩土力学表征方法,其特征在于,所述基于所述岩土弹性模量随球应力变化的非线性动态映射关系,建立微观尺度上的三维颗粒流离散元数值模型,包括:基于所述岩土弹性模量随球应力变化的非线性动态映射关系,利用PFC3D软件选用预设半径范围的球形颗粒,忽略岩土内部细致的微观晶体结构,建立微观尺度上的三维颗粒流离散元数值模型。
5.如权利要求1所述的基于颗粒流离散元数值模拟的岩土力学表征方法,其特征在于,岩土在不同围压下所述压密阶段与所述弹性变形阶段的实时弹簧刚度 与接触应力 的函数关系表示为:其中, 为胶结弹簧法向刚度的初始值; 为胶结弹簧法向刚度的最大值; 为定义硬化系数。
6.如权利要求1所述的基于颗粒流离散元数值模拟的岩土力学表征方法,其特征在于,所述所有颗粒的接触状态包括第一接触状态、第二接触状态和第三接触状态;所述第一接触状态为胶结未破坏,颗粒的接触应力大于0;所述第二接触状态为胶结破坏,颗粒的接触应力大于0,且颗粒的接触应力未衰减;所述第三接触状态为胶结破坏,颗粒的接触应力大于0,颗粒的接触应力衰减至颗粒的上次接触应力的第一预设倍数。
7.如权利要求6所述的基于颗粒流离散元数值模拟的岩土力学表征方法,其特征在于,所述基于所述颗粒的接触状态更新颗粒的接触刚度,包括:当所述颗粒的接触状态为所述第一接触状态时,更新胶结弹簧刚度和线性弹簧刚度;当所述颗粒的接触状态为所述第二接触状态时,线性弹簧刚度保持定值;当所述颗粒的接触状态为所述第三接触状态时,利用线性弹簧刚度乘以第二预设倍数进行峰后线性弹簧刚度的衰减。
8.一种控制器,其特征在于,执行如权利要求1至7任一项所述的基于颗粒流离散元数值模拟的岩土力学表征方法。