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基于LS-DYNA岩爆倾向性数值模拟案例

B.1数值模型构建

采用HyperMesh软件构建地下巷道开挖模型，模型尺寸及受力情况如图B.1所示。

图B.1LS-DYNA数值计算模型

B.2模型网格划分

按照2m×2m×2m尺寸划分六面体网格单元，可实现对该地质条件的有效模拟。

B.3设置初始条件和边界条件设定

基于以上原则，在本案例中考虑实际模拟条件，对上下和左右两侧均施加20MPa的垂直应力，模型

四周和底部施加固定约束。

B.4本构模型选取

在LS-DYNA材料数据库中，模拟岩石常用的本构模型主要有Riedel-Hiermaier-Thoma模型（RHT）、

Johnson-Holmquist（JH）模型等。不同本构模型需根据研究内容和研究对象的特点来决定。

1)RHT模型

RHT本构考虑了材料强度与压力、应变速率的关系、材料的损伤与失效、多孔隙特征以及裂纹扩展

与破碎，材料参数可通过理论分析、三轴压缩试验和文献参考确定。

2)JH模型

该模型旨在描述脆性材料在极端动态载荷条件下的力学行为。模型主要考虑了材料的强度、损伤和

压实特性，通过应力、应变和应变率之间的关系来描述材料的动态响应。

依据研究内容要求，综合考虑岩体力学环境特点，在本案例中最终选取简单易用且适用范围广泛的

RHT模型来进行数值模拟研究。

B.5岩体力学参数获取

在LS-DYANA软件中选RHT本构模型进行模拟时，需要选取适当的岩体力学参数，该模型包括38个基

本参数。这些参数的选择应基于实验数据、场地调查和工程经验等因素进行综合考虑。以下是一些常用

的选取方法：

1)实验数据分析

通过室内试验、岩芯取样等方式获取岩体力学参数的实验数据，如抗压强度、抗拉强度、内摩擦角

等。根据实验数据，可以直接确定岩体力学参数的数值范围。

2)现有文献和标准

可以参考相关文献和标准，了解类似岩石或土体的典型力学参数范围。这些文献和标准可以提供对

岩体力学参数的参考值，供选取时参考。

3)敏感性分析

在模拟过程中进行敏感性分析，调整岩体力学参数的数值，观察模拟结果的变化情况。通过不断调

整参数值，优化模型，以使模拟结果与实际情况尽可能一致。

4)工程经验

最后，根据岩石类型、地质条件、工程目的和设计要求等因素，结合工程经验和专业知识，综合考

虑各种因素，选取合适的岩体力学参数。

B.6数值模型求解流程

在使用LS-DYNA进行工程地质模拟时通常采用以下的步骤逐一进行。

1)几何建模

利用HyperMesh软件建立模拟对象的几何模型，然后导出为LS-DYNA支持的格式（.k文件类型）。

2)网格划分

几何模型创建后，将其离散化为有限元网格。网格划分的质量直接影响计算结果的准确性和效率。

通常使用前处理软件HyperMesh或ANSA进行网格划分，并导出为LS-DYNA可以读取的格式。

3)材料定义

在LS-DYNA中，需要定义材料的物理和力学性质。这包括材料模型（如弹性、塑性、粘弹性等）和

相关参数（如密度、弹性模量、屈服应力等）。材料定义在.k文件中通过*MAT卡片完成。

4)边界条件和载荷定义

在模型中施加边界条件和外部载荷。这包括固定边界、对称边界、位移边界等，以及外力、压力、

重力等载荷。边界条件和载荷在.k文件中通过*BOUNDARY和*LOAD卡片定义。

5)接触定义

如果模型中存在多个部件或材料，需要定义它们之间的接触关系。LS-DYNA提供了多种接触算法（如

显式接触、隐式接触），通过*CONTACT卡片进行定义。

6)控制参数设置

控制参数包括时间步长、求解器设置、输出选项等。控制参数的设置直接影响计算的稳定性和效率。

通过*CONTROL卡片设置这些参数。

7)输入文件准备

前处理完成后，所有信息都包含在.k文件中。将.k文件准备好，作为LS-DYNA求解的输入文件。

8)运行LS-DYNA求解器

通过命令行或图形界面运行LS-DYNA求解器。

9)求解结束

求解完成后，LS-DYNA会生成一系列结果文件，包含模拟的详细信息。常见的结果文件包括d3plot

(位移和应力应变分布)、d3plotaa(重启动结果)等。

B.7岩爆倾向性判定

在模拟完