[发明专利]基于高斯随机场的岩土体结构随机裂隙模拟方法及装置

权利要求书

1.一种基于高斯随机场的岩土体结构随机裂隙模拟方法，其特征在于，包括：

(1)利用ABAQUS创建岩土体结构模型，精细化划分所述岩土体结构模型的单元网格，并将所述岩土体结构模型导出为INP文件，在所述INP文件中将所述岩土体结构模型的材料参数与场变量进行关联，设置相应的输出场变量；

(2)利用Fortran在ABAQUS自带的UFIELD子程序自定义区域中编写程序，传递所述岩土体结构模型的材料参数；

(3)使用修正线性估计法生成二维高斯随机场，将产生的随机值作为后续判断条件的基数；

(4)通过设置所述二维高斯随机场的相关函数中的相关长度来控制裂隙的相对平均长度，其中，所述二维高斯随机场中的相关函数用来表征材料参数在空间位置上的相关性；

(5)以预设角度旋转所述二维高斯随机场，以有效反映裂隙在所述岩土体结构模型中的倾向；

(6)设置裂隙的宽度和相对面积比，定义总面积域Ω；

(7)判断所述二维高斯随机场产生的值是否在Ω区域内，若在Ω区域内，则为裂隙区域，并赋予第一固定值；若不在Ω区域内，则为岩土材料，并赋予第二固定值；

(8)在不打开ABAQUS的情况下，通过DOS界面调用UFIELD子程序，在后台进行有限元计算；

(9)打开.odb结果文件，输出场变量云图，以显示含有随机裂隙的所述岩土体结构模型。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)包括：

启动ABAQUS软件，根据CAE界面方式创建岩土体结构模型，采用CPE4单元类型精细化自由划分网格，导出含所述岩土体结构模型各积分点坐标的INP文件，在所述INP文件中添加语句，将材料参数与场变量进行关联，并在关键字加入场变量语句，将FV设置为单元输出场变量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：

利用ABAQUS子程序UFIELD中自带的参数进行传递，通过传入变量COORDS和定义变量FIELD共同进行参数传递，以将场变量的值在各所述积分点坐标处进行输出。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：

在UFIELD用户定义区域利用Fortran语言编写程序，使用修正线性估计法生成二维高斯随机场，将产生的随机值作为后续判断条件的基数。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤(5)包括：

以预设角度旋转所述二维高斯随机场的坐标系，旋转后的二维高斯随机场能够为后续反映裂隙在所述岩土体结构模型中的倾向提供前提条件。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(6)包括：

利用标准正态分布的概率密度函数曲线作为基准，在产生的所述随机值中间断选取多个取值范围，取值范围的大小能够表示裂隙的相对宽度和面积比，所有取值范围构成的总面积区域为Ω。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(7)包括：

判断旋转后的随机场值是否在区域范围Ω内，若是，则为裂隙区域，并将该区域重新赋予第一固定值，以表示裂隙填充黏土的强度，否则为岩土体材料，并重新赋予第二固定值，以表示材料强度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(8)包括：

在不打开ABAQUS的情况下，通过DOS窗口输入命令连接所述INP文件和所述UFIELD子程序，使得有限元计算在后台进行，以节约计算时间和资源。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(9)包括：

在工作目录下找到并打开.odb结果文件，在结果输出选项中，选择FV1场变量作为输出，显示关联的材料参数值云图，得到具有空间分布特性的含随机裂隙的岩土体结构模型。

10.一种基于高斯随机场的岩土体结构随机裂隙模拟装置，其特征在于，包括：

建模模块，用于利用ABAQUS创建岩土体结构模型，精细化划分所述岩土体结构模型的单元网格，并将所述岩土体结构模型导出为INP文件，在所述INP 文件中将所述岩土体结构模型的材料参数与场变量进行关联，设置相应的输出场变量；

参数传递模块，用于利用Fortran在ABAQUS自带的UFIELD子程序自定义区域中编写程序，传递所述岩土体结构模型的材料参数；

随机场生成模块，用于使用修正线性估计法生成二维高斯随机场，将产生的随机值作为后续判断条件的基数，并通过设置所述二维高斯随机场的相关函数中的相关长度来控制裂隙的相对平均长度，以预设角度旋转所述二维高斯随机场，以有效反映裂隙在所述岩土体结构模型中的倾向；

设置模块，用于设置裂隙的宽度和相对面积比，定义总面积域Ω；

判断处理模块，用于判断所述二维高斯随机场产生的值是否在Ω区域内，若在Ω区域内，则为裂隙区域，并赋予第一固定值；若不在Ω区域内，则为岩土材料，并赋予第二固定值；

计算模块，用于在不打开ABAQUS的情况下，通过DOS界面调用UFIELD子程序，在后台进行有限元计算；

输出模块，用于打开.odb结果文件，输出场变量云图，以显示含有随机裂隙的所述岩土体结构模型。