(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 202111540058.1 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 东北大学 地址 110169 辽宁省沈阳市 浑南区创新路 195号 (72)发明人 汪昕　蔡明　张凯　曾子强　 张志远　王飞　李坤蒙　庞博学　 刘造保　 (74)专利代理 机构 北京易捷胜知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11613 代理人 韩国胜 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于沿晶和穿晶接触面的脆性岩石的 数值试验方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于沿晶和穿晶接触面的 脆性岩石的数值试验 方法， 其根据岩石试样中矿 物晶粒分布 的特征参数， 采用Neper的多面体生 成程序生 成三维岩石模型； 根据沿晶和穿晶接触 面的信息， 确定三维岩石模型的沿晶接触面和穿 晶接触面； 采用GBM建模方法对所述三维岩石模 型进行建模， 生成GBM岩 石模型； 采用3DEC程序中 结合预先获取的岩石试样的力学实验基本参数， 对所述GBM岩石模型进行数值仿真试验。 其有益 效果是， 通过将单独矿物晶粒分解成若干个子矿 物晶粒的方法， 有效考虑穿晶和沿晶接触面， 实 现了脆性岩石破坏过程中的沿晶破坏、 穿晶破坏 及混合破坏的裂隙模式， 原理简单、 操作清晰、 成 本低廉， 为评估脆性岩石破坏过程和机理提供了 新途径。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 114169180 A 2022.03.11 CN 114169180 A 1.一种基于沿晶和穿晶接触面的脆 性岩石的数值试验方法， 其特 征在于， 包括： 101、 根据岩石试样中矿物晶粒分布的特征参数， 采用Neper的多面体生成程序生成三 维岩石模型； 所述三维岩石模型包括： 至少一个母镶嵌晶粒和每一个母镶嵌晶粒对应的多个子镶嵌 晶粒； 102、 根据沿晶和穿晶接触面的信息， 确定三维岩石模型的沿晶接触面和穿晶接触面； 103、 采用GBM建模方法对所述 三维岩石模型进行建模， 生成GBM岩石模型； 104、 采用3DEC程序中结合预先获取的岩石试样的力学实验基本参数， 对所述GBM岩石 模型进行 数值仿真试验。 2.根据权利要求1所述的数值试验方法， 其特征在于， 所述101之前， 数值试验方法还包 括： 100a、 针对岩石试样， 通过物理方式进行预处理并电镜扫 描， 获取岩石试样中矿物晶粒 分布的特 征参数。 3.根据权利要求2所述的数值试验方法， 其特征在于， 所述矿物晶粒分布的特征参数包 括： 矿物晶粒种类、 特 征尺寸大小、 晶粒 形状。 4.根据权利要求1至3任一所述的数值试验方法， 其特征在于， 所述104之前， 数值试验 方法还包括： 100b、 对所述岩石试样进行室内力学 试验， 获取岩石试样的力学实验基本参数。 5.根据权利要求4所述的数值试验方法， 其特征在于， 所述室内力学试验包括： 单轴压 缩实验和三轴压缩实验； 所述力学实验基本参数包括： 单轴抗压强度、 弹性模量、 泊松比、 粘聚力、 内摩擦角。 6.根据权利要求1所述的数值试验方法， 其特 征在于， 所述101包括： 采用二尺度镶嵌方法把单个母 镶嵌晶粒分解 为多个子镶嵌晶粒。 7.根据权利要求1所述的数值试验方法， 其特 征在于， 所述101包括： 子镶嵌晶粒之间的接触面 为穿晶接触面， 母 镶嵌晶粒之间的接触面 为沿晶接触面。 8.根据权利要求1所述的数值试验方法， 其特 征在于， 所述104包括： 采用3DEC程序中的FISH程序为沿晶接触面和穿晶接触面赋予不同的变形参数、 强度参 数； 并进行单轴压缩数值仿真试验和三轴压缩数值仿真试验， 获取 数值仿真试验结果。 9.根据权利要求1所述的数值试验方法， 其特 征在于， 所述数值试验方法还 包括： 根据所述数值仿真试验结果校正预 先获取的3DE C模型。 10.根据权利要求8所述的数值试验方法， 其特 征在于， 所述数值仿真试验结果包括： 应力 ‑应变曲线、 岩石的脆性破坏过程、 破坏过程中裂隙 的破坏模式及岩石的破坏机理。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114169180 A 2一种基于沿晶和穿晶 接触面的脆性 岩石的数值试验方 法 技术领域 [0001]本发明涉及岩石力学研究领域， 尤其涉及 一种基于沿晶和穿晶接触面的脆性岩石 的数值试验方法。 背景技术 [0002]脆性岩石破坏 过程包括微裂 纹的闭合、 新裂纹的萌生、 扩展、 闭合及最终形成宏观 上大的裂隙， 导致岩石的最 终破坏。 由于岩石在本质上不可避免地含有 先天的缺陷， 如微裂 隙、 孔洞、 弱晶粒边界等。 在岩石承受外力加载的条件下， 应力集中往往会在这些缺陷处形 成， 一旦局部应力状态到达拉应力极限时， 拉伸裂纹就会萌生且沿着加载方向萌生， 产生局 部破坏。 而在晶粒尺度上， 局部破坏会沿着晶粒 的边界即沿晶破坏或者贯穿整个晶粒即穿 晶破坏， 由于局部沿晶破坏和穿晶破坏的相互作用， 从而最终导 致岩石的宏观破裂失稳。 [0003]岩石破坏的断口裂隙类型主 要有以下三类： [0004](1)沿着晶粒边界产生的沿晶裂隙； [0005](2)沿晶粒内部 剪切或拉张产生的穿晶裂隙； [0006](3)穿过不同晶粒的穿晶裂隙和沿晶裂隙组合而成的混合裂隙。 [0007]由于目前的研究手段都是通过实验室观测岩石样品的切片， 得出裂隙类型分布规 律， 是来自电镜扫描的终了静态结果， 存在无法了解其动态形成和破坏过程的问题； 因此在 理解脆性岩石破坏过程和机理时， 较为困难、 缓慢、 粗略。 发明内容 [0008](一)要解决的技 术问题 [0009]鉴于现有技术的上述缺点、 不足， 本发明提供一种基于沿晶和穿晶接触面的脆性 岩石的数值试验方法， 其通过分开考虑 矿物晶粒不同接触面类型， 生成矿物模型， 实现裂隙 模型的模拟， 解决了理解 脆性岩石破坏过程和机理困难、 缓慢、 粗略的技 术问题。 [0010](二)技术方案 [0011]为了达到上述目的， 本发明采用的主 要技术方案包括： [0012]101、 根据岩石试样中矿物晶粒分布的特征参数， 采用Neper的多面体生成程序生 成三维岩石模型； [0013]所述三维岩石模型包括： 至少一个母镶 嵌晶粒和每一个母镶 嵌晶粒对应的多个子 镶嵌晶粒； [0014]102、 根据沿晶和穿晶接触面的信息， 确定三维岩石模型的沿晶接触面和穿晶接触 面； [0015]103、 采用GBM建模方法对所述 三维岩石模型进行建模， 生成GBM岩石模型； [0016]104、 采用3DEC程序中结合预先获取的岩石试样的力学实验基本参数， 对所述GBM 岩石模型进行 数值仿真试验。 [0017]可选地， 所述101之前， 数值试验方法还 包括：说　明　书 1/6 页 3 CN 114169180 A 3