(19)中华 人民共和国 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 202111312189.4 (22)申请日 2021.11.08 (71)申请人 四川大学 地址 610041 四川省成 都市武侯区一环路 南一段24号 (72)发明人 杨文剑　肖明砾　刘怀忠　卓莉　 谢红强　裴建良　 (74)专利代理 机构 北京正华智诚专利代理事务 所(普通合伙) 11870 代理人 李梦蝶 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种滑坡堆积碎石材料离散元细观参数标 定方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种滑坡堆积碎石材料离散 元细观参数标定方法及系统， 属于岩石细观参数 标定技术领域， 得到法向位移 ‑法向应力曲线的 直线段斜率Kn试验值和切向位移 ‑切向应力曲线 的直线段斜率Ks试验值； 得到细观参数标定建模 基础参数； 得到宏观弹性常数K`n和K`s； 拟合得 到K`n和K`s分别与kn的关系式； 将Kn试验值和Ks 试验值代入关系式反演， 得到 反演法向接触刚度 kn(n)和kn(s)； 根据kn(n)和kn(s)得到标定法向接触 刚度k`n， 完成对滑坡堆积碎石材料离散元细观 参数的标定； 本发明利用两个宏观弹性常数对滑 坡堆积碎石材料离散元细 观参数进行标定， 操作 简便， 可重复性高， 能够反映细观参数与宏观参 数的相关性。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 114036867 A 2022.02.11 CN 114036867 A 1.一种滑坡堆积碎石材 料离散元细观参数 标定方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1、 通过堆积碎石室内直剪试验， 得到法向位移 ‑法向应力曲线的直线段斜率Kn试验值 和切向位移 ‑切向应力曲线的直线段斜 率Ks试验值； S2、 分别对碎石试样进行颗粒筛分、 排水法和休止角试验对应得到细观参数标定建模 参数； S3、 根据细观参数标定建模参数向直剪盒数值模型填充圆形颗粒， 通过试算确定刚度 比K*， 得到第一宏观弹性常数 K`n和第二宏观弹性常数 K`s； S4、 判断K`n和K`s是否收敛， 若是则进入步骤S5， 否则回到步骤S3； S5、 以法向接触刚度 kn为自变量进行若干次直剪盒数值模拟试验， 拟合得到K`n和K`s分 别与kn的关系式； S6、 将Kn试验值和Ks试验值代入关系式反演， 得到第一反演 法向接触刚度 kn(n)和第二反 演法向接触刚度kn(s)； S7、 判断kn(n)与kn(s)是否相差小于阈值， 若是则进入步骤S 8， 否则回到步骤S3； S8、 根据kn(n)和kn(s)得到标定法向接触刚度k`n， 完成对滑坡堆积碎石材料离散元细观 参数的标定 。 2.根据权利要求1所述的滑坡堆积碎石材料离散元细观参数标定方法， 其特征在于， 所 述步骤S1包括如下 具体步骤： S11、 采用10 0KPa的法向应力预压堆积碎石散粒， 得到预压后的堆积碎石散粒 试样； S12、 分别采用200KPa、 300KPa和400KPa的法向应力对试样逐级法向加载， 得到对应法向 应力下的位移值； S13、 保持40 0KPa的法向载荷， 并对试样直剪， 得到对应切向应力下的位移值； S14、 根据对应法向应力施加过程的位移值和剪切过程中切向应力对应的位移值分别 得到法向位移 ‑法向应力曲线、 切向位移 ‑切向应力曲线， 以及法向移 ‑法向应力曲线的直线 段斜率Kn试验值和 切向位移 ‑切向应力曲线的直线段斜 率Ks试验值。 3.根据权利要求1所述的滑坡堆积碎石材料离散元细观参数标定方法， 其特征在于， 所 述步骤S2中的细观参数标定建模参数包括试样级配、 试样孔隙率、 试样密度和试样摩擦系 数； 所述试样级配通过颗粒筛分得到； 所述试样孔隙率和试样密度通过排水法得到； 所述 试样摩擦系数为 通过休止角试验测得的最大自然堆积角的正切值。 4.根据权利要求1所述的滑坡堆积碎石材料离散元细观参数标定方法， 其特征在于， 所 述步骤S3包括如下 具体步骤： S31、 建立与堆积碎石室内直剪试验等尺寸的直剪盒数值模型； S32、 根据细观参数 标定建模参数向直剪盒数值模型填充球形颗粒； S33、 利用直剪盒数值模型试算确定刚度比k*， 得到第一宏观弹性 常数K`n和第二宏观弹 性常数K`n。 5.根据权利要求4所述的滑坡堆积碎石材料离散元细观参数标定方法， 其特征在于， 所 述步骤S33中所述刚度比k*的表达式如下：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114036867 A 2其中， kn表示法向接触刚度， ks表示切向接触刚度， 刚度比k*大于1且小于 3。 6.根据权利要求1所述的滑坡堆积碎石材料离散元细观参数标定方法， 其特征在于， 所 述步骤S5中K`n和K`n分别与kn的关系式如下： 其中， a表示法向常数， b表示第一剪向常数， c表示第二剪向常数。 7.根据权利要求1所述的滑坡堆积碎石材料离散元细观参数标定方法， 其特征在于， 所 述步骤S8中标定法向接触刚度k`n的计算表达式如下： k`n＝(kn(n)+kn(s))/2 其中， kn(n)表示通过法向公式反演得到的第一反演法向接触刚度， kn(s)表示通过切向公 式反演得到的第二反演法向接触刚度。 8.一种如权利要求1 ‑7任一所述的滑坡堆积碎石材料离散元细观参数标定方法的标定 系统， 其特 征在于， 包括： 应力曲线直线段斜率试验值获取模块， 用于通过堆积碎石室内直剪试验， 得到法向位 移‑法向应力曲线的直线段斜率Kn的试验值和切向位移 ‑切向应力曲线的直线段斜率Ks试 验值； 细观参数标定建模参数获取模块， 用于通过对碎石试样进行颗粒筛分、 排水法和休止 角试验分别对应得到细观参数 标定建模参数； 建模及刚度比确定模块， 用于根据细观参数标定建模参数向直剪盒数值模型填充圆形 颗粒， 并通过失算确定刚度比， 得到第一宏观弹性常数 K`n和第二宏观弹性常数 K`s； 收敛判断模块， 用于判断得到的第一宏观弹性常数K`n和第二宏观弹性常数K`s是否收 敛； 宏观参数与细观参数关系式模块， 用于以法向接触刚度kn为自变量进行若干次数值数 值模拟试验， 得到K`n和K`s分别与kn的关系式； 接触刚度反演模块， 用于将Kn试验值和Ks试验值代入关系式反演， 得到第一反演法向接 触刚度kn(n)和第二反演法向接触刚度kn(s)； 接触刚度差值判断模块， 用于判断kn(n)与kn(s)是否相差小于阈值； 滑坡堆积碎石材料离散元细观参数标定模块， 用于根据kn(n)和kn(s)得到标定法向接触 刚度k`n， 完成对滑坡堆积碎石材 料离散元细观参数的标定 。 9.根据权利要求8所述的滑坡堆积碎石材料离散元细观参数标定方法的标定系统， 其 特征在于， 所述应力曲线直线段斜 率试验值获取模块包括： 堆积碎石散 粒试样获取子模块， 用于采用100 KPa的法向应力预压堆积碎石散 粒， 得到预 压后的堆积碎石散粒 试样； 法向位移值获取子模块， 用于分别采用200KPa、 300KPa和400KPa的法向应力对试样逐级 法向加载， 得到对应法向应力下的位移值； 切向位移值获取子模块， 用于保持400KPa的法向载荷， 并对试样直剪， 得到对应切向应权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114036867 A 3