(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 202210592260.7 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 尚肖楠　周建　袁逢逢　齐永洁　 朱建才　李东泰　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 邱启旺 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种模拟滚刀作用下岩石裂纹演化的数值 模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种模拟滚刀作用下岩石裂 纹演化的数值模拟方法， 包括： 建立滚刀与岩石 三维模型； 确定滚刀与岩石三维模型的模拟参 数， 包括： 岩石材料属性参数、 滚刀材料属性参 数、 材料的损伤模型、 滚刀模型与岩石模型的接 触模型、 滚刀模型与岩石模型的边界条件、 求解 方式和输 出的计算参数； 利用开源程序Peridigm 对模型进行计算； 将计算结果导入Parav iew中进 行可视化处理。 本发明为模拟滚刀作用下岩石损 伤演化提供了一种新思路， 可以很好的模拟裂纹 在岩石中的演化； 同时该方法能够实现并行计 算， 具有多尺度的分析能力， 在计算工程尺度的 大型模型方面具有很好的应用前 景。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114969924 A 2022.08.30 CN 114969924 A 1.一种模拟滚刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 建立滚刀与岩石三维模型； 步骤2， 确定滚刀与岩石三维模型的模拟参数， 包括： 岩石材料属性参数、 滚刀材料属性 参数、 材料的损伤模型、 滚刀模型与岩石模型的接触模型、 滚刀模型与岩石模型的边界条 件、 求解方式和输出的计算 参数； 步骤3， 结合模拟参数， 利用开源程序Peridigm对滚刀与岩石三维模型进行模拟计算， 并将计算结果可视化获得滚刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟结果。 2.根据权利要求1所述的一种模拟滚刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟方法， 其特征 在于， 所述步骤2中， 岩石 材料属性参数包括岩石的材料模 型， 岩石材料的密度， 杨氏模量与 剪切模量； 滚刀材料属性参数包括滚刀的材料模型， 滚刀材料的密度， 杨氏模量与剪切模 量。 3.根据权利要求1所述的一种模拟滚刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟方法， 其特征 在于， 所述步骤2中， 材料的损伤模 型为岩石 材料的损伤模 型， 为临界伸长率模型、 时间相关 临界伸长率模型、 界面感知模型中的一种。 4.根据权利要求1所述的一种模拟滚刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟方法， 其特征 在于， 所述步骤2中， 滚刀模型与岩石模型的接触模型为短程接触力模型、 时间相关短程接 触力模型中的一种。 5.根据权利要求1所述的一种模拟滚刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟方法， 其特征 在于， 所述步骤2中， 滚刀模 型与岩石模 型的边界条件包括： 滚刀 在x、 y和z方向的速度边界， 岩石模型 前、 后、 左、 右四个面的位移边界。 6.根据权利要求1所述的一种模拟滚刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟方法， 其特征 在于， 所述 步骤2中， 所述 求解方式包括模拟的开始时间， 结束时间与积分方法。 7.根据权利要求1所述的一种模拟滚刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟方法， 其特征 在于， 所述步骤2中， 输出的计算参数包括滚刀与岩石 各自的位移， 滚刀与岩石 各自的速度， 滚刀与岩石之间的接触力， 岩石的损伤等。 8.根据权利要求1所述的一种模拟滚刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟方法， 其特征 在于， 所述 步骤3中， 利用开源程序Peridigm对 滚刀与岩石三维模型分区进行并行计算。 9.根据权利要求1所述的一种模拟滚刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟方法， 其特征 在于， 可视化处 理中可以将单 元数据转化为点数据以增强可视化效果。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114969924 A 2一种模拟滚刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟方 法 技术领域 [0001]本发明涉及岩土工程技术领域， 具体地涉及一种模拟滚刀作用下岩石裂 纹演化的 数值模拟方法。 背景技术 [0002]目前在隧道的修建过程中， TBM掘进施工已经被广泛的应用在隧道施工中。 TBM掘 进施工主要依靠其最前端的滚刀对掌子面岩石进 行切割与破碎， 周而复始， 使得隧道贯通。 对于TBM施工技术而言， 需要重点关注掌子面岩石在刀具作用下的破坏程度， 研究滚刀破岩 的机理， 为TBM刀盘的设计提供参考。 目前关于滚刀破岩的研究方法主要包括室内试验和数 值模拟两种。 室内试验研究主要包括滚刀贯入试验， 线性切割试验与回转切割试验三种， 但 是这些试验不仅对设备有较高的要求， 增加了试验成本， 而且岩石内部的损伤情况很难实 际观察到。 随着 计算机技术的不断发展， 数值模拟凭借其 成本低， 可重复性好等优势成为众 多学者选择的研究手段。 [0003]目前关于研究滚刀破岩的数值方法主要包括有限元法与离散元法。 其中有限元法 在模拟断裂 问题时需要额外引入裂纹的扩展准则， 对最终的结果有一定的干扰； 离散元法 虽然没有连续性的要求， 但是确定离散颗粒的大小没有严格的依据。 综上可以看出， 目前应 用于滚刀破岩领域的数值方法有各自的局限性。 发明内容 [0004]本发明的目的就是要针对现有数值方法的局限性， 提出一种模拟滚刀作用下岩石 裂纹演化的数值模拟方法， 为滚刀破岩的数值研究提供新的思路。 [0005]本发明的技 术方案为： [0006]利用近场动力学理论模拟滚刀作用下岩石裂 纹演化的数值模拟 方法， 一种模拟滚 刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟方法， 包括以下步骤： [0007]步骤1， 建立滚刀与岩石三维模型； [0008]步骤2， 确定滚刀与岩石三维模型的模拟参数， 包括： 岩石材料属性参数、 滚刀材料 属性参数、 材料的损伤模型、 滚刀模型与岩石模型的接触模型、 滚刀模型与岩石模型的边界 条件、 求解方式和输出的计算 参数； [0009]步骤3， 结合模拟参数， 利用开源程序Peridigm对滚刀与岩石三维模型进行计算， 并将计算结果可视化获得滚刀作用下岩石裂纹演化的数值模拟结果。 [0010]进一步地， 所述步骤2中， 岩石材料属性数据包括岩石的材料模型， 岩石材料的密 度， 杨氏模量与剪切模量； 滚刀材料属性数据包括滚刀的材料模型， 滚刀材料 的密度， 杨氏 模量与剪切模量。 [0011]进一步地， 所述步骤2中， 材料的损伤模型为岩石材料的损伤模型， 为临界伸 长率 模型、 时间相关临界伸长率模型、 界面感知模型中的一种； [0012]进一步地， 所述步骤2中， 滚刀模型与岩石模型的接触模型为短程接触力模型、 时说　明　书 1/4 页 3 CN 114969924 A 3