本发明涉及地下工程防灾减灾，具体涉及一种应变型岩爆过程的分析方法及系统。
背景技术：
1、应变型岩爆是能量岩体沿开挖卸荷面瞬间释放能量而产生突然爆裂的动力失稳地质灾害，常伴随有岩石剥落、弹射或抛掷、强烈震动、巨大的声响和气浪等现象。应变型岩爆的突发性、局部性、隐蔽性和危害性，极大威胁着现场施工人员和设备的安全，同时给深部地下工程的设计和施工安全带来了严重挑战。
2、目前有关应变型岩爆的数值模拟研究多侧重于模拟岩石静力破坏过程，未考虑深部地下工程开挖过程中地应力强卸荷对应变型岩爆动力破坏过程的影响，特别是岩石碎块弹射过程的精细化模拟研究尚处于空白状态。应变型岩爆弹射破坏是由连续小变形瞬间转变为非连续大变形、由静力破坏迅速转变为动力破坏的复杂过程，基于连续介质力学的数值分析方法无法直观地反映出岩爆岩体由连续小变形瞬间转变为非连续大变形、由静态孕育向动态失稳破坏转化的过程，难以有效展现应变型岩爆动力灾变全过程。
3、因此，为了从宏细观层面研究应变型岩爆弹射破坏过程，鉴于块体离散元法在模拟连续-非连续变形和动力破坏上具备的独特优势，并且块体离散单元方法能够更真实的仿真岩体的结构，通过微裂隙的起裂、扩展和贯通过程显式模拟岩体的破坏，故而有必要运用非连续介质动力学理论和方法来深入研究应变型岩爆动力破裂全过程。然而，研究过程中存在缺乏能真实体现矿物颗粒成分的晶体尺度精细仿真模型、能准确反映真三轴应力状态下岩石力学行为的破坏准则、能精确复现岩块及节理力学参数随机赋值的参数标定方法，进而难以有效的表征与实际工程围岩应力调整过程相关联的应力路径。
技术实现思路
1、针对现有技术难以有效表征与实际工程围岩应力调整过程相关联的应力路径的不足，本发明提出一种应变型岩爆过程的分析方法及系统，从而解决现有技术难以有效表征与实际工程围岩应力调整过程相关联的应力路径的问题。
2、一种应变型岩爆过程的分析方法，包括以下步骤：
3、获取岩石材料；
4、基于多晶建模技术和三维离散元理论，对岩石材料内部细观结构特征和矿物颗粒成分进行分析，构建晶体尺度精细仿真模型；
5、根据晶体尺度精细仿真模型，采用3d voronoi生成多面块体；
6、通过最大拉应变准则和smp准则判别多个多面块体之间接触面的拉伸破坏和剪切破坏，建立反映岩石张拉和剪切破坏模式的三维破坏准则；并将该三维破坏准则嵌入所述晶体尺度精细仿真模型；
7、建立岩块及节理力学参数随机赋值的参数标定方法，并将该参数标定方法赋予所述晶体尺度精细仿真模型中；
8、根据嵌入三维破坏准则、参数标定方法的晶体尺度精细仿真模型对岩爆弹射破坏过程中非连续变形力学行为以及岩石拉-剪裂纹进行模拟；
9、根据模拟结果对应变型岩爆“孕育-发生-发展-破坏”全过程进行分析。
10、进一步地，所述基于多晶建模技术和三维离散元理论，对岩石材料内部细观结构特征和矿物颗粒成分进行分析，构建晶体尺度精细仿真模型；具体包括以下步骤：
11、将三维离散元理论和多晶建模技术进行耦合；
12、依据岩石真实微观结构，采用3d voronoi细分剖面技术和规则化技术，通过neper软件平台实现对岩石材料扫描图像的转换，生成能反映岩石三维真实细观结构非均质性的计算网格；
13、构建能体现矿物颗粒成分的晶体尺度精细仿真模型csfm。
14、进一步地，所述根据晶体尺度精细仿真模型，采用3d voronoi生成多面块体；具体包括以下步骤：
15、定义一个有限三维空间为d∈r3，并在该三维空间d内完全填充3d voronoi多面块体，且块体之间没有重叠或间隙；
16、令点集e＝{gi(xi)}表示空间d中多面块体的中心，并定义为一个范数d(·,·)；每个以gi为中心的多面块体表示为：
17、
18、其中，d表示欧氏距离，点集e在空间d中随机分布，p表示点序列；gj表示多面块体形心；x表示voronoi多边形；i，j∈e。
19、进一步地，所述建立反映岩石张拉和剪切破坏模式的三维破坏准则，其包括以下步骤：
20、拉伸裂纹沿着最大主应变的方向扩展，当主应变ε达到临界值时，拉伸裂纹开始扩展；
21、剪切裂纹沿着最危险应力状态方向扩展，当滑动面上的应力状态超过smp破坏线时，剪切裂纹开始扩展；其临界状态表达式：
22、
23、其中，ε3为最大拉应变；εt为临界线应变；和为广义空间滑动面上的剪应力和正应力；c为smp准则中的材料常数；
24、
25、其中，σ1,σ2,σ3分别为最大、中间、最小主应力；σ0为黏聚应力参数，其表达式为其中，c为黏聚力、为摩擦角。
26、进一步地，所述smp准则采用应力张量不变量，表示为：
27、
28、其中，当应力状态压为正、拉为负；假设一点的主应力为σ1、σ2、σ3，根据广义胡克定律，对于各向同性弹性材料，eε3＝σ3-νσ1-νσ2，当该点处于极限平衡状态时，得到：
29、
30、其中，ν为泊松比，e为弹性模量。
31、进一步地，还包括建立拉伸和剪切破坏的判别体系，定义两个判别因子，对块体接触面的拉伸和剪切破坏进行判断；两个所述判别因子表示为：
32、
33、其中，ft为拉伸破坏判别因子，ft＞0时，岩体将会发生拉伸破坏；fs为剪切破坏判别因子，fs＞0时，岩体将会发生剪切破坏。
34、进一步地，所述建立岩块及节理力学参数随机赋值的参数标定方法，具体包括以下步骤：
35、生成一组符合weibull分布的系数数组；
36、通过反复试验法得到力学参数，将校核后的岩石及节理参数作为岩体的力学参数组的平均值；
37、随机从系数数组取任意位置元素k作为weibull分布系数，系数k与参数各分量平均值相乘得到多组符合weibull分布的岩石力学参数。
38、进一步地，所述weibull分布表示为：
39、
40、其中，a为岩块、节理力学参数；a0为岩石力学参数的平均值；m为weibull分布函数的形状参数。
41、进一步地，一种应变型岩爆过程的分析系统，包括：
42、获取模块，用于获取岩石材料；
43、模型构建模块，用于基于多晶建模技术和三维离散元理论，对岩石材料内部细观结构特征和矿物颗粒成分进行分析，构建晶体尺度精细仿真模型；
44、多面块体生成模块，用于根据晶体尺度精细仿真模型，采用3d voronoi生成多面块体；
45、三维破坏准则建立模块，用于通过最大拉应变准则和smp准则判别多个多面块体之间接触面的拉伸破坏和剪切破坏，建立反映岩石张拉和剪切破坏模式的三维破坏准则；并将该三维破坏准则嵌入所述晶体尺度精细仿真模型；
46、参数标定模块，用于建立岩块及节理力学参数随机赋值的参数标定方法，并将该参数标定方法赋予所述晶体尺度精细仿真模型中；
47、模拟模块，用于根据嵌入三维破坏准则、参数标定方法的晶体尺度精细仿真模型对岩爆弹射破坏过程中非连续变形力学行为以及岩石拉-剪裂纹进行模拟；
48、分析模块，用于根据模拟结果对应变型岩爆“孕育-发生-发展-破坏”全过程进行分析。
49、本发明提供了一种应变型岩爆过程的分析方法及系统，具备以下有益效果：
50、本发明提供了一种应变型岩爆过程的分析方法，基于多晶建模技术和三维离散元理论，对岩石材料内部细观结构特征和矿物颗粒成分进行分析，构建晶体尺度精细仿真模型，并基于晶体尺度精细仿真模型，建立能反映岩石张拉和剪切破坏模式的三维破坏准则以及岩块及节理力学参数随机赋值的参数标定方法，通过构建好的晶体尺度精细仿真模型真实再现了应变型岩爆“孕育-发生-发展-破坏”全过程，为岩爆形成机理研究提供了一种新的有效途径，克服了基于连续介质力学的传统数值模拟方法难以模拟岩爆弹射破坏过程中非连续变形力学行为的局限性，解决了二维离散元方法仅限于平面模拟岩爆的不足；同时，也较好地反映了微裂纹的萌生、扩展、汇聚和贯通及宏观破坏面形成的全过程，有效模拟了岩石拉-剪裂纹的扩展过程，实现了对岩石拉-剪裂纹的准确判别，解决了传统三维离散元方法无法有效模拟岩石新生裂纹/裂隙产生的瓶颈问题。
1.一种应变型岩爆过程的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种应变型岩爆过程的分析方法，其特征在于，所述基于多晶建模技术和三维离散元理论，对岩石材料内部细观结构特征和矿物颗粒成分进行分析，构建晶体尺度精细仿真模型；具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种应变型岩爆过程的分析方法，其特征在于，所述根据晶体尺度精细仿真模型，采用3d voronoi生成多面块体；具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种应变型岩爆过程的分析方法，其特征在于，所述建立反映岩石张拉和剪切破坏模式的三维破坏准则，其包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种应变型岩爆过程的分析方法，其特征在于，所述smp准则采用应力张量不变量，表示为：
6.根据权利要求5所述的一种应变型岩爆过程的分析方法，其特征在于，还包括建立拉伸和剪切破坏的判别体系，定义两个判别因子，对块体接触面的拉伸和剪切破坏进行判断；两个所述判别因子表示为：
7.根据权利要求1所述的一种应变型岩爆过程的分析方法，其特征在于，所述建立岩块及节理力学参数随机赋值的参数标定方法，具体包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种应变型岩爆过程的分析方法，其特征在于，所述weibull分布表示为：
9.一种应变型岩爆过程的分析系统，其特征在于，包括：
