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申请/专利权人：西安理工大学

摘要：本发明公开基于离散元的尾矿坝施工过程模拟方法，包括以下步骤：步骤1，确定尾矿库刨面的尺寸参数；确定地基、初期坝和堆积坝材料的宏观力学参数；确定子坝级数和子坝高度；步骤2，通过双轴压缩模拟试验测试，分别得到地基、初期坝和堆积坝的颗粒材料细观参数；步骤3，根据步骤1中得到的尾矿库刨面尺寸参数，基于挤压排斥法提出了尾矿坝离散元模型生成方法；步骤4，通过逐级激活单元质量的方式实现尾矿坝的施工过程模拟。该方法能够更好地模拟大变形，适用于模拟边坡稳定等非连续力学行为的研究，是研究尾矿坝及变形机制的重要方法，并且通过激活层荷载只在其高度以下的坝体承担的方法实现了尾矿坝逐层加载的离散元施工过程模拟。

主权项：1.基于离散元的尾矿坝施工过程模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定尾矿库刨面的尺寸参数；确定地基、初期坝和堆积坝材料的宏观力学参数；确定子坝级数和子坝高度；步骤2，通过双轴压缩模拟试验测试，分别得到地基、初期坝和堆积坝的颗粒材料的细观参数；步骤3，根据步骤1中得到的尾矿库刨面的尺寸参数，基于挤压排斥法提出了尾矿坝离散元模型生成方法；步骤3具体为：步骤3.1，按照步骤1中的地基轮廓线生成地基轮廓线的最小外接矩形，这个矩形包含地基轮廓线且面积最小，四边与水平或竖直方向平行；步骤3.2，利用步骤3.1中地基轮廓线的最小外接矩形区域的面积、地基的颗粒孔隙率、地基的颗粒最小半径及地基的颗粒最大半径估算地基的颗粒数目： ；式中，N为地基的颗粒数目，S为地基轮廓线的最小外接矩形区域的面积，m2；P为地基的颗粒孔隙率；Rmin为地基的颗粒最小半径，m；Rmax为地基的颗粒最大半径，m；步骤3.3，设置地基颗粒膨胀次数，在步骤3.1中的地基轮廓线最小外接矩形区域中生成N个地基颗粒，N个地基颗粒的半径为地基颗粒的目标粒径除以地基颗粒膨胀次数，默认接触设置为线性接触并设置在地基轮廓线最小外接矩形区域中生成的N个颗粒的初始密度、阻尼、法向刚度、切向刚度与摩擦系数；步骤3.4，按照步骤3.3设置的地基颗粒膨胀次数，逐步放大步骤3.3得到的N个地基颗粒的半径至地基颗粒的目标半径，地基颗粒的目标半径指颗粒累计体积分配比率曲线在地基颗粒最小半径和地基颗粒最大半径之间呈均匀分布，每次放大运行10000个时间步，在放大过程中记录颗粒的位移变化并每10步清除动能，得到颗粒粒径放大至地基颗粒的目标粒径的颗粒；步骤3.5，清除步骤3.4中颗粒的位移，并设置重力加速度，按平均不平衡力与平均接触力之和的比值小于1×10-5的标准平衡颗粒，生成地基离散元模型a；步骤3.6，只保留地基轮廓线最小外接矩形底部墙体，在步骤3.5的地基离散元模型a中按照步骤1中的地基上下游高度、地基宽度和原始地面线长度剪裁出地基模型，并赋予地基真实密度和步骤2中地基颗粒材料细观参数，地基真实密度由步骤1中地基的容重换算得到，再次平衡10000个时间步生成地基离散元模型b；步骤3.7，利用步骤1中坝体轮廓线生成坝体轮廓线的最小外接矩形，这个矩形包含坝体轮廓线且面积最小，四边与水平或竖直方向平行；步骤3.8，利用步骤3.7中坝体轮廓线的最小外接矩形区域的面积、坝体的颗粒孔隙率、坝体的颗粒最小半径及最大半径估算坝体颗粒数目： ；式中，N'为坝体的颗粒数目，S'为坝体轮廓线的最小外接矩形区域的面积，m2；P'为坝体的颗粒孔隙率；R'min为坝体的颗粒最小半径，m；R'max为坝体的颗粒最大半径，m；步骤3.9，设置坝体颗粒膨胀次数，在步骤3.7中的坝体轮廓线的最小外接矩形区域中生成步骤3.8计算得到的N'个坝体颗粒，N'个坝体颗粒的半径为坝体颗粒的目标粒径除以坝体颗粒膨胀次数，默认接触设置为线性接触并设置在坝体轮廓线的最小外接矩形区域中生成颗粒的初始密度、阻尼、法向刚度、切向刚度与摩擦系数；步骤3.10，按照步骤3.9设置的坝体颗粒膨胀次数，逐步放大步骤3.9得到的N'个坝体颗粒的半径至坝体颗粒的目标半径，坝体颗粒的目标半径指颗粒累计体积分配比率曲线在坝体颗粒最小半径和坝体颗粒最大半径之间呈均匀分布，每次放大运行10000个时间步，在放大过程中记录颗粒的位移变化并每10步清除动能，得到颗粒粒径放大至坝体颗粒的目标粒径的颗粒；步骤3.11，清除步骤3.10中颗粒的位移，并设置重力加速度，按平均不平衡力与平均接触力之和的比值小于1×10-5的标准平衡颗粒，生成坝体离散元模型c；步骤3.12，只保留坝体轮廓线最小外接矩形的底部墙体，在步骤3.11的坝体离散元模型c中按照步骤1中的初期坝高度、初期坝坝顶宽度、堆积坝高度、堆积坝坡比、干滩长度、马道高度、马道宽度剪裁出坝体模型，坝体模型分为两部分，分别为初期坝和堆积坝，其中初期坝赋予初期坝真实密度和步骤2中初期坝颗粒材料细观参数，堆积坝赋予堆积坝真实密度和步骤2中堆积坝颗粒材料细观参数，坝体真实密度由步骤1中坝体材料容重换算得到，再次平衡10000个时间步生成坝体离散元模型d；根据步骤1中的子坝级数和子坝高度将经剪裁坝体离散元模型d进行施工层分组；步骤3.13，利用颗粒流程序PFC中的“brick”命令将步骤3.6得到的地基离散元模型b与步骤3.12得到的坝体离散元模型d组装，按平均不平衡力与平均接触力之和的比值小于1×10-5的标准进行平衡使地基与坝体间的微小间隙被完全填充，清除模型位移、速度和接触力，得到尾矿坝离散元模型e，赋予尾矿坝离散元模型e中由坝体离散元模型d组成的部分的密度为1~20kgm3，将尾矿坝离散元模型e修改为尾矿坝离散元模型f；步骤4，通过逐级激活单元质量的方式实现尾矿坝的施工过程模拟。

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