隧道开挖BBM模拟几何模型建立的回顾

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1 引言

开挖边界围岩由应力诱发的岩体损伤，通常使用有限元方法附加损伤力学的一些算法进行模拟，这种模拟途径很难用于预测岩体加固对地层行为的影响以及准确模拟岩桥的破坏特征，近年来BBM方法逐渐用来克服这些限制，例如Walton(2020)[Advances In Bonded Block Modeling]使用BBM模拟了隧道支护；Al-E'Bayat(2020)[Numerical Investigation of Rock Bridge Effect on Slope Stability Using Bonded Block Modeling Method]使用BBM模拟了岩桥的破坏；Sinha(2021)[Investigation of pillar damage mechanisms and rock-support interaction using Bonded Block Models]使用BBM分析了矿柱的损伤以及岩石和支护之间的相互作用。BBM中的四面体代表未受损伤的完整岩石，而块体之间的接触代表岩体内存在的断裂。本文通过一个隧道BBM模型，把以前的相关文章依据自然语言处理方法(关键字优先)串联起来作了一个简要回顾，此外讨论了模型建立时与Geometry相关的两个问题。

2 模型建立过程

建立几何模型的总体步骤如下：(a) 产生BBM块体；(b) 产生隧道；(c) 产生BBM围岩；(d) 划分单元

(1) 使用block create brick创建BBM的区域【Python in Itasca software---错误处理方法；隧道开挖的BBM模拟---产生几何模型；粘合块体模拟BBM(Bonded Block Modeling)】使用block zone gen edge产生BBM的块体尺寸【第三方的网格生成器(Grid/Mesh Generation)---Pointwise,CUBIT和HyperMesh；块体产生方法(block generation---block cut)；岩石破碎(Rock Fragmentation)的数值模拟(block fragment compute)】；使用block zone list poly file产生BBM文件【粘合块体模拟BBM---Bonded Block Modeling; Griddle划分非结构化网格(FLAC3D和3DEC)】。

(2) 使用model new产生新的模型【离散断裂网络Discrete Fracture Network (DFN）[P1]；建立更真实的数值模型(2)：FLAC3D与曲面地形的集成】。

(3) 使用block tolerance定义误差【GIIC-UDEC操作教程---边坡支护；GIIC-UDEC操作教程(2)---岩石滚落；GIIC-UDEC操作教程(3)---巷道顶板冒落】。

(4) 使用program call调用BBM文件【FLAC2D---过去，现在和将来；隧道开挖的BBM模拟---产生几何模型；Python in Itasca software---UCS的参数化研究】。

(5) 使用block group定义BBM组名【块体生成后的质量检查方法(Block Quality)；接触材料表(Contact Material Table)的注意事项】。

(6) 使用geometry import导入隧道形文件(stl, dxf)【Itasca几何数据交换文件---Geometry Files；建立更真实的数值模型(2)：FLAC3D与曲面地形的集成；使用Geometry建立三维极限平衡边坡模型】

(7) 使用model domain extent定义问题的域范围【设置模型域 model domain；FLAC3D和3DEC导入DFN模型的域范围(model domain extent)设置；离散断裂网络 (DFN) [P2]: fracture generate】。

(8) 使用block cut geometry产生隧道模型【三维Voronoi块体的单轴抗压强度试验；不带任何参数的block cut joint-set特殊使用方法；Cell Space Detection---UDEC的单元映射算法】。

(9) 使用block group定义tunnel组名【孤立的刚性块体分析(block analyze-stability) (2)---Range Elements】。

(10) 使用block create brick产生隧道围岩【FLAC3D导入Fracman生成的离散断裂网络(DFN)模型；FISH: Loop语句的进化；3DEC的编程变化(1)】。

(11) 使用block zone gen edge分别对隧道和围岩划分单元【压缩试验模拟考虑的几个问题(本构模型和NMD算法)；隧道开挖的BBM模拟---材料属性(空间变异性)；应变软化模型(Strain-Softening and IMASS)】。

3 注意事项

早期的隧道、边坡和结构元几何模型都是通过FISH编程来实现，对于复杂的几何形状编程非常冗长而且不容易修改，现代软件的几何模型输入方法都强调了使用Geometry导入的方法，当然这不仅仅局限于Itasca软件，这是现代数值模拟的流行趋势。在定义组名(block group) Range时有一个关键字geometry-space，这个关键字实际上是一个布尔操作，通过odd和even来确定对象，对于复杂的几何形状或多个施工步骤非常有用。