本技術(shù)涉及巖石力學(xué)與工程的，尤其涉及基于fdem的錨索單元混合建模數(shù)值模擬方法、裝置。

背景技術(shù)：

1、錨索支護是邊坡工程中主要的防護措施，特別是在地震、降雨等誘發(fā)條件下，邊坡是否采用合理的錨索支護措施具有明顯的差異，錨索支護的重要性和可靠性值得深入研究。fdem中極少有關(guān)于對錨索的介紹，本發(fā)明借鑒錨桿在fdem中的表征方法嘗試對錨索進行研究。

2、目前fdem中關(guān)于對錨桿的表征主要有兩種方法：一是無厚度線單元法，主要用于鋼混結(jié)構(gòu)中鋼筋和隧道工程中錨桿的模擬；另一種是實體建模方法，也多見于深埋巷道的錨噴支護。將上述方法直接用于對錨索單元的表征還存在大量不足，主要如下：

3、一維無厚度線單元法不足在于：（1）計算過程繁瑣，考慮復(fù)雜應(yīng)力路徑需要實時判定錨桿所處狀態(tài)，彈性地基梁理論則需要大量初始參數(shù)并在無形中增大了編程成本，這些在大規(guī)模數(shù)值實現(xiàn)時對計算效率不利；（2）無法施加預(yù)應(yīng)力，目前大量巖土工程中廣泛使用預(yù)應(yīng)力錨桿，這個功能的缺失極大限制了該方法的適用范圍；（3）錨桿失效判定存疑，當(dāng)一節(jié)理段錨桿單元發(fā)生斷裂時，僅這一段錨桿失效退出計算，其它三角形內(nèi)部段和節(jié)理段錨桿還繼續(xù)發(fā)揮作用，這或許會使計算結(jié)果過于保守；（4）忽略了錨桿直徑，在室內(nèi)試驗尺度下，錨桿會占據(jù)一定空間，相比于試樣尺寸已不可忽略，若采用無厚度方法，必然會帶來計算結(jié)果的誤差；（5）無法體現(xiàn)錨桿-錨固體、錨固體-巖體之間的相互作用和耦合機理，無厚度線單元法的計算全部在后臺進行，最終以力的形式施加到對應(yīng)節(jié)點上，沒有錨桿、錨固劑等實體單元建模參與計算，缺少各部分相互作用時的重要物理現(xiàn)象。

4、實體建模方法不足在于：（1）建模過程繁瑣，錨桿和錨固劑的坐標和參數(shù)需要逐一輸入；（2）錨桿及錨固劑處要進行局部網(wǎng)格細分，將導(dǎo)致最大網(wǎng)格和最小網(wǎng)格的尺寸差別很大，會極大增加計算負荷；（3）預(yù)應(yīng)力施加過程繁瑣，模型首先進行整體計算，輸出節(jié)點坐標數(shù)據(jù)后再代入到新的輸入文件進行二次計算，同時新的輸入文件還需將錨桿、錨固劑參數(shù)更新；（4）預(yù)應(yīng)力施加方式存疑，預(yù)應(yīng)力施加中需在錨桿外端部施加一個拉應(yīng)力，同時在錨盤上施加一個壓應(yīng)力，用以模擬預(yù)應(yīng)力的施加過程，但這對全長粘結(jié)錨桿而言，能否將自由段錨桿上每一部分的壓力傳遞至錨固劑上是存疑的；（5）錨桿模型預(yù)變形問題，當(dāng)與錨桿相鄰的計算材料在錨桿未發(fā)揮作用的計算階段變形較大時，錨桿幾何尺寸移位也會較大，在后續(xù)階段計算中并不能保證錨桿、錨固劑處于筆直狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)提供基于fdem的錨索單元混合建模數(shù)值模擬方法、裝置，能夠在降低計算效率的情形下實現(xiàn)不同工況下錨固系統(tǒng)加固效果的精準預(yù)測。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種基于fdem的錨索單元混合建模數(shù)值模擬方法，包括：

3、采用一維無厚度線單元法建立自由段的fdem數(shù)值模型，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的實體建模方法建立錨固段、錨盤的fdem數(shù)值模型，其中，錨索單元包括依次裝配的錨固段、自由段和錨盤；

4、通過對錨索單元的fdem拉拔模擬獲取拉拔力-位移模擬曲線，并由所述拉拔力-位移模擬曲線進行錨索單元的標定，以獲取錨索單元的物理力學(xué)參數(shù)；

5、根據(jù)所述錨索單元的物理力學(xué)參數(shù)，并結(jié)合錨索單元所加固的邊坡模型的物理力學(xué)參數(shù)，確定錨索單元的數(shù)值模擬結(jié)果。

6、可選地，所述自由段部分穿過fdem中的三角形單元和四邊形節(jié)理單元；其中，穿過三角形單元部分為內(nèi)部段，穿過四邊形節(jié)理單元為節(jié)理段，所述內(nèi)部段所受預(yù)應(yīng)力為線彈性變形和軸向應(yīng)力；節(jié)理段所受預(yù)應(yīng)力為剪切變形和因拉伸過程所致的軸向變形。

7、可選地，所述錨固段的本構(gòu)模型與fdem中巖石的本構(gòu)模型相同，其中，三角形單元為常應(yīng)變單元且單元內(nèi)應(yīng)力處處相等，四邊形節(jié)理單元的應(yīng)力-位移關(guān)系及斷裂準則采用聯(lián)合單一裂紋和彌散裂紋模型。

8、可選地，在一維無厚度線單元法施加預(yù)應(yīng)力的過程中，預(yù)先將預(yù)應(yīng)力引入錨索單元內(nèi)部段的本構(gòu)方程中。

9、可選地，自由段的fdem數(shù)值模型建立時，根據(jù)錨索單元的二端點的位置坐標確定自由段的生成。

10、可選地，所述線彈性變形和軸向應(yīng)力滿足以下準則：

11、；

12、；

13、式中，為軸向應(yīng)力， e為錨索單元線彈性模量， εa為錨索單元內(nèi)部段的軸向應(yīng)變， li為錨索單元內(nèi)部段初始長度， lc為錨索單元內(nèi)部段變形后長度。

14、可選地，所述軸向變形和剪切變形滿足以下準則：

15、；

16、；

17、；

18、式中，為軸向變形，為剪切變形， k為硬化系數(shù)， g為錨索單元剪切模量， εc為節(jié)理段軸向應(yīng)變， γc為節(jié)理段切向應(yīng)變， εy為軸向屈服應(yīng)變， εh為軸向硬化應(yīng)變， γh為切向硬化應(yīng)變， εu為軸向硬化階段極限應(yīng)變， σy為軸向屈服應(yīng)力， σu為軸向極限應(yīng)力；

19、三角形單元和四邊形節(jié)理單元的本構(gòu)關(guān)系表達式如下：

20、；

21、；

22、式中，t為有限單元變形后在整體坐標下單元內(nèi)的應(yīng)力張量，f為變形梯度，ed、es分別為因形狀變化和面積變化產(chǎn)生的green-st.?venant應(yīng)變張量。 e、 ν分別為單元的彈性模量和泊松比，d為應(yīng)變率張量； δnp=?2 hft/ pfn是法向應(yīng)力 σ等于抗拉強度 ft時的張開量， h是單元的邊長， pfn為節(jié)理單元法向罰參數(shù)， z為表征應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的表達式。

23、可選地，錨索單元的內(nèi)部段本構(gòu)方程為：

24、；

25、式中， σp為錨索預(yù)壓應(yīng)力， a為錨索橫截面積， e為錨索單元線彈性模量， li為錨索單元內(nèi)部段初始長度， lc為錨索單元內(nèi)部段變形后長度。

26、第二方面，本技術(shù)提供一種基于fdem的錨索單元混合建模數(shù)值模擬裝置，包括：

27、建立模塊，用以采用一維無厚度線單元法建立自由段的fdem數(shù)值模型，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的實體建模方法建立錨固段、錨盤的fdem數(shù)值模型，其中，錨索單元包括依次裝配的錨固段、自由段和錨盤；

28、標定模塊，用以通過對錨索單元的fdem拉拔模擬獲取拉拔力-位移模擬曲線，并由所述拉拔力-位移模擬曲線進行錨索單元的標定，以獲取錨索單元的物理力學(xué)參數(shù)；

29、確定模塊，用以根據(jù)所述錨索單元的物理力學(xué)參數(shù)，并結(jié)合錨索單元所加固的邊坡模型的物理力學(xué)參數(shù)，確定錨索單元的數(shù)值模擬結(jié)果。

30、第三方面，本技術(shù)提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，包括程序，當(dāng)所述程序在計算機上運行時，使得計算機執(zhí)行如上述的方法。

31、第四方面，本技術(shù)提供一種執(zhí)行設(shè)備，包括處理器和存儲器，所述處理器與所述存儲器耦合；

32、所述存儲器，用于存儲程序；

33、所述處理器，用于執(zhí)行所述存儲器中的程序，使得所述執(zhí)行設(shè)備執(zhí)行如上述的方法。

34、本技術(shù)所公開方法中，建模過程中僅需要將錨固體的坐標加入，而錨索的建立僅需在輸入文件中給出兩端點坐標即可；錨固體的尺寸較大，整體模型劃分的網(wǎng)格單元尺寸較均勻，且較少的單元數(shù)量也能極大提高動力學(xué)計算的效率，并實現(xiàn)不同工況下錨固系統(tǒng)加固效果的精準預(yù)測。