CN115983052A - 一种适用于flac3d中多密度岩层条件下的初始应力生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于矿山数值模拟领域，具体涉及一种适用于FLAC3D中多密度岩层条件下的初始应力生成方法。本发明给出了一种多密度岩层条件下各岩层铅直应力、水平应力及相应梯度的直接计算求解方法；通过initial命令对整个模型中各岩层的铅直应力初始值及水平应力初始值进行设置，并利用gradient关键字对梯度进行设置，从而让整个模型在自动求解之前便已经实现了铅直应力和水平应力的初始化；利用该方法对FLAC3D内的模型进行初始应力设置后，进行自动求解时可以迅速获得整个模型的初始应力平衡，降低整个模型的平均不平衡力比率；本发明提出的方法可以显著加速模型的收敛，有效提高整个模型的计算效率、收敛稳定程度。
Description
技术领域
本发明属于矿山数值模拟领域，具体涉及一种适用于FLAC3D中多密度岩层条件下的初始应力生成方法。
背景技术
FLAC3D是矿山数值模拟领域中常用的计算工具，具有建模方便、能够使用各种不同的力学模型、可以按照时间步方式进行迭代计算等诸多优点，在矿山开采及巷道支护计算中发挥着至关重要的作用。
为了使用FLAC3D对矿山工程案例进行计算，用户首先需要使用FLAC3D对矿山工程案例进行三维建模，随后根据矿山工程案例的情况设置相应的本构模型、材料参数、边界条件和初始条件。之后，用户对计算方式进行设置后，便可以开始计算以获得整个模型的初始应力平衡。
但采用这种方式获得模型初始应力平衡需要经过大量的时间步以完成迭代计算，这往往需要大量时间。而且当模型内部含有多层密度不同的矿山岩层时，采用这种方式进行计算往往需要很长一段时间才能获得初始应力平衡。
由于后续开挖及分析均以初始应力平衡为前提，因此如果在获取初始应力平衡阶段时花费太多的时间会严重制约后续计算工作的进展。因此，提出一种能够适用于FLAC3D中多密度岩层条件下的初始应力生成方法对加速实现初始应力平衡具有积极意义。此外，这能够直接加速后续计算工作的开展，从而对整个计算工作的完成具有显著意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于FLAC3D中多密度岩层条件下的初始应力生成方法。该方法改善了现有FLAC3D中初始应力的生成方式，能够有效加速FLAC3D中初始应力的生成速度。这直接加速实现了FLAC3D中的初始应力平衡，显著提高了整个模型的计算效率。
本发明采用如下技术方案，提供一种适用于FLAC3D中多密度岩层条件下的初始应力生成方法，包括：在FLAC3D中创建三维多层岩层模型且每层岩层分配不同组名；设置岩层的本构模型、材料参数和密度；设置整个模型的重力加速度；设置模型的边界条件；计算各岩层铅直应力和水平应力的梯度；计算各岩层铅直应力和水平应力的初始值；对各岩层赋初始应力；对整个模型进行自动求解。
作为上述技术方案的进一步描述：
创建三维多层岩层模型时，坐标系规定如下：Z轴代表铅直方向，X轴和Y轴代表水平方向，X轴、Y轴和Z轴之间两两正交。
作为上述技术方案的进一步描述：
创建三维多层岩层模型时，整个模型顶部平面的Z坐标值为0；创建三维多层岩层模型时使用size命令对模型进行单元体划分，并使用group命令对每层岩层设置不同组名。
作为上述技术方案的进一步描述：
创建三维多层岩层模型后，沿铅直方向从上至下对每层岩层进行标号，最顶层岩层标记为第1层，向下依次为第2层、第3层等；设定岩层总数为
n，则最底层的岩层标记为第
n层。
作为上述技术方案的进一步描述：
为岩层设置材料参数时，材料参数的类型与所设置的本构模型相对应；此外，每层岩层的密度不同。
作为上述技术方案的进一步描述：
所设置的重力加速度沿水平方向的分量为0，沿铅直方向的分量为10m/s2且指向下方。
作为上述技术方案的进一步描述：
所设置的模型边界条件中，模型的前、后、左、右、底均为滚筒支撑，模型的顶部边界为压应力边界，该压应力边界具体为：在模型顶部施加一铅直向下的法向应力。
作为上述技术方案的进一步描述：
在计算各岩层铅直应力梯度时，采用预定第一公式、预定第二公式和预定第三公式计算：
其中：所述预定第一公式为；所述预定第二公式为；所述预定第三公式为；公式中，为第
i层岩层铅直应力沿X轴方向的梯度；为第
i层岩层铅直应力沿Y轴方向的梯度；为第
i层岩层铅直应力沿Z轴方向的梯度；为第
i层岩层的密度；
g为重力加速度，取值为10m/s2。
作为上述技术方案的进一步描述：
在计算各岩层水平应力梯度时，沿X轴方向水平应力的梯度采用预定第四公式、预定第五公式和预定第六公式计算：
其中：所述预定第四公式为；所述预定第五公式为；所述预定第六公式为；公式中，为第
i层岩层沿X轴方向水平应力平行于X轴方向的梯度；为第
i层岩层沿X轴方向水平应力平行于Y轴方向的梯度；为第
i层岩层沿X轴方向水平应力平行于Z轴方向的梯度；为沿X轴方向水平应力的侧压系数。
作为上述技术方案的进一步描述：
在计算各岩层水平应力梯度时，沿Y轴方向水平应力的梯度采用预定第七公式、预定第八公式和预定第九公式计算：
其中：所述预定第七公式为；所述预定第八公式为；所述预定第九公式为；公式中，为第
i层岩层沿Y轴方向水平应力平行于X轴方向的梯度；为第
i层岩层沿Y轴方向水平应力平行于Y轴方向的梯度；为第
i层岩层沿Y轴方向水平应力平行于Z轴方向的梯度；为沿Y轴方向水平应力的侧压系数。
作为上述技术方案的进一步描述：
在计算最顶层岩层铅直应力初始值时，采用预定第十公式计算；在计算最顶层岩层沿X轴方向水平应力初始值时，采用预定第十一公式计算；在计算最顶层岩层沿Y轴方向水平应力初始值时，采用预定第十二公式计算；
其中：所述预定第十公式为；所述预定第十一公式为；所述预定第十二公式为；公式中，为最顶层岩层铅直应力初始值；为模型顶部施加的铅直向下的法向应力，其方向规则为：拉伸为正，压缩为负；为最顶层岩层沿X轴方向水平应力的初始值；为最顶层岩层沿Y轴方向水平应力的初始值。
作为上述技术方案的进一步描述：
在计算中间层岩层铅直应力初始值时，即第2层至第
n-1层岩层，采用预定第十三公式计算；在计算中间层岩层沿X轴方向水平应力初始值时，采用预定第十四公式计算；在计算中间层岩层沿Y轴方向水平应力初始值时，采用预定第十五公式计算；
其中，所述预定第十三公式为；所述预定第十四公式为；所述预定第十五公式为；公式中，为第
i层岩层铅直应力初始值；为第
i-1层岩层铅直应力初始值；为第
i-1层岩层的密度；为第
i层岩层顶部平面的Z坐标值；为第
i层岩层沿X轴方向水平应力的初始值；为第
i层岩层沿Y轴方向水平应力的初始值。
作为上述技术方案的进一步描述：
在计算最底层岩层铅直应力初始值时，采用预定第十六公式计算；在计算最底层岩层沿X轴方向水平应力初始值时，采用预定第十七公式计算；在计算最底层岩层沿Y轴方向水平应力初始值时，采用预定第十八公式计算；
其中：所述预定第十六公式为；所述预定第十七公式为；所述预定第十八公式为；公式中，为最底层岩层铅直应力初始值；为第
i层岩层的厚度；为第
n层岩层的密度；为最底层岩层沿X轴方向水平应力初始值；为最底层岩层沿Y轴方向水平应力初始值。
作为上述技术方案的进一步描述：
根据计算结果，利用initial命令对各岩层铅直应力初始值赋值，并利用gradient关键字对各岩层铅直应力平行于X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的梯度进行设置。
作为上述技术方案的进一步描述：
根据计算结果，利用initial命令对各岩层沿X轴方向水平应力初始值赋值，并利用gradient关键字对各岩层沿X轴方向水平应力平行于X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的梯度进行设置。
作为上述技术方案的进一步描述：
根据计算结果，利用initial命令对各岩层沿Y轴方向水平应力初始值赋值，并利用gradient关键字对各岩层沿Y轴方向水平应力平行于X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的梯度进行设置。
作为上述技术方案的进一步描述：
采用solve命令对整个模型进行自动求解，直至整个模型的平均不平衡力比率小于等于1×10-5。
本发明的有益效果主要包括以下方面：
1.给出了多密度岩层条件下各岩层铅直应力、水平应力及相应梯度的计算方法，利用该方法可以直接计算求解得到各岩层铅直应力初始值、水平应力初始值及相应梯度；
2.利用initial命令对整个模型中各岩层的铅直应力初始值及水平应力初始值进行设置，并利用gradient关键字对梯度进行设置，从而让整个模型在自动求解之前便已经实现了铅直应力和水平应力的初始化；
3.计算得到的铅直应力和水平应力与模型自身重力压实后产生的铅直应力和水平应力相匹配，从而可以满足模型初始应力与模型重力的匹配；
4.利用该方法对FLAC3D内的模型进行初始应力设置后，进行自动求解时可以迅速获得整个模型的初始应力平衡，与传统采用迭代计算方法获得初始应力平衡的方式相比，本发明提出的方法可以显著加速模型的收敛，有效提高整个模型的计算效率，从而为后续计算工作的开展节省了大量时间。
5.利用本发明提出的方法对FLAC3D内的模型进行初始应力设置后，进行自动求解并获得初始应力平衡后，整个模型的平均不平衡力比率显著低于采用传统迭代计算方法后获得的不平衡力比率；平均不平衡力比率越低，整个模型的收敛稳定程度越高。所以采用本发明提出的方法，整个模型的收敛稳定程度显著高于传统迭代计算方法获得的收敛稳定程度。
附图说明
构成本申请的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明中计算各岩层初始应力过程的流程图。
图2是三维多密度岩层的几何模型示意图。
图3是传统迭代计算方法获得初始应力平衡后测线上的铅直应力数据分布状态。
图4是本发明方法获得初始应力平衡后测线上的铅直应力数据分布状态。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述一种适用于FLAC3D中多密度岩层条件下的初始应力生成方法，包括：在FLAC3D中创建三维多层岩层模型且每层岩层分配不同组名；设置岩层的本构模型、材料参数和密度；设置整个模型的重力加速度；设置模型的边界条件；计算各岩层铅直应力和水平应力的梯度；计算各岩层铅直应力和水平应力的初始值；对各岩层赋初始应力；对整个模型进行自动求解。
在一具体实施例中：
创建三维多层岩层模型时，坐标系规定如下：Z轴代表铅直方向，X轴和Y轴代表水平方向，X轴、Y轴和Z轴之间两两正交。
在一具体实施例中：
创建三维多层岩层模型时，整个模型顶部平面的Z坐标值为0；创建三维多层岩层模型时使用size命令对模型进行单元体划分，并使用group命令对每层岩层设置不同组名。
在一具体实施例中：
创建三维多层岩层模型后，沿铅直方向从上至下对每层岩层进行标号，最顶层岩层标记为第1层，向下依次为第2层、第3层等；设定岩层总数为
n，则最底层的岩层标记为第
n层。
在一具体实施例中：
为岩层设置材料参数时，材料参数的类型与所设置的本构模型相对应；此外，每层岩层的密度不同。
在一具体实施例中：
所设置的重力加速度沿水平方向的分量为0，沿铅直方向的分量为10m/s2且指向下方。
在一具体实施例中：
所设置的模型边界条件中，模型的前、后、左、右、底均为滚筒支撑，模型的顶部边界为压应力边界，该压应力边界具体为：在模型顶部施加一铅直向下的法向应力。
在一具体实施例中：
在计算各岩层铅直应力梯度时，采用预定第一公式、预定第二公式和预定第三公式计算：
其中：所述预定第一公式为；所述预定第二公式为；所述预定第三公式为；公式中，为第
i层岩层铅直应力沿X轴方向的梯度；为第
i层岩层铅直应力沿Y轴方向的梯度；为第
i层岩层铅直应力沿Z轴方向的梯度；为第
i层岩层的密度；
g为重力加速度，取值为10m/s2。
在一具体实施例中：
在计算各岩层水平应力梯度时，沿X轴方向水平应力的梯度采用预定第四公式、预定第五公式和预定第六公式计算：
其中：所述预定第四公式为；所述预定第五公式为；所述预定第六公式为；公式中，为第
i层岩层沿X轴方向水平应力平行于X轴方向的梯度；为第
i层岩层沿X轴方向水平应力平行于Y轴方向的梯度；为第
i层岩层沿X轴方向水平应力平行于Z轴方向的梯度；为沿X轴方向水平应力的侧压系数。
在一具体实施例中：
在计算各岩层水平应力梯度时，沿Y轴方向水平应力的梯度采用预定第七公式、预定第八公式和预定第九公式计算：
其中：所述预定第七公式为；所述预定第八公式为；所述预定第九公式为；公式中，为第
i层岩层沿Y轴方向水平应力平行于X轴方向的梯度；为第
i层岩层沿Y轴方向水平应力平行于Y轴方向的梯度；为第
i层岩层沿Y轴方向水平应力平行于Z轴方向的梯度；为沿Y轴方向水平应力的侧压系数。
在一具体实施例中：
在计算最顶层岩层铅直应力初始值时，采用预定第十公式计算；在计算最顶层岩层沿X轴方向水平应力初始值时，采用预定第十一公式计算；在计算最顶层岩层沿Y轴方向水平应力初始值时，采用预定第十二公式计算；
其中：所述预定第十公式为；所述预定第十一公式为；所述预定第十二公式为；公式中，为最顶层岩层铅直应力初始值；为模型顶部施加的铅直向下的法向应力，其方向规则为：拉伸为正，压缩为负；为最顶层岩层沿X轴方向水平应力的初始值；为最顶层岩层沿Y轴方向水平应力的初始值。
在一具体实施例中：
在计算中间层岩层铅直应力初始值时，即第2层至第
n-1层岩层，采用预定第十三公式计算；在计算中间层岩层沿X轴方向水平应力初始值时，采用预定第十四公式计算；在计算中间层岩层沿Y轴方向水平应力初始值时，采用预定第十五公式计算；
其中，所述预定第十三公式为；所述预定第十四公式为；所述预定第十五公式为；公式中，为第
i层岩层铅直应力初始值；为第
i-1层岩层铅直应力初始值；为第
i-1层岩层的密度；为第
i层岩层顶部平面的Z坐标值；为第
i层岩层沿X轴方向水平应力的初始值；为第
i层岩层沿Y轴方向水平应力的初始值。
在一具体实施例中：
在计算最底层岩层铅直应力初始值时，采用预定第十六公式计算；在计算最底层岩层沿X轴方向水平应力初始值时，采用预定第十七公式计算；在计算最底层岩层沿Y轴方向水平应力初始值时，采用预定第十八公式计算；
其中：所述预定第十六公式为；所述预定第十七公式为；所述预定第十八公式为；公式中，为最底层岩层铅直应力初始值；为第
i层岩层的厚度；为第
n层岩层的密度；为最底层岩层沿X轴方向水平应力初始值；为最底层岩层沿Y轴方向水平应力初始值。
在一具体实施例中：
根据计算结果，利用initial命令对各岩层铅直应力初始值赋值，并利用gradient关键字对各岩层铅直应力平行于X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的梯度进行设置。
在一具体实施例中：
根据计算结果，利用initial命令对各岩层沿X轴方向水平应力初始值赋值，并利用gradient关键字对各岩层沿X轴方向水平应力平行于X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的梯度进行设置。
在一具体实施例中：
根据计算结果，利用initial命令对各岩层沿Y轴方向水平应力初始值赋值，并利用gradient关键字对各岩层沿Y轴方向水平应力平行于X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的梯度进行设置。
在一具体实施例中：
采用solve命令对整个模型进行自动求解，直至整个模型的平均不平衡力比率小于等于1×10-5。
在具体使用时，如图1所示，首先在FLAC3D内创建三维多层岩层模型并对每层岩层分配不同组名，随后对各层岩层设置本构模型、材料参数和密度，之后对整个模型设置重力加速度；在然后对整个模型设置边界条件，计算各岩层铅直应力和水平应力的梯度；随后，计算各岩层铅直应力和水平应力的初始值，并对各岩层赋初始应力；最后，对整个模型进行自动求解。
为了验证本发明的有效性，利用FLAC3D创建一个三维的多密度岩层模型，其几何模型示意图如图2所示。分别采用传统迭代计算方法和本发明提出的方法获得该模型的初始应力平衡。随后，将两种方法获得的初始应力平衡状态、时间步数和平均不平衡力比率等结果进行比较，以检验本发明的有效性和优越性。
在矿山开采领域中，常常构建五层岩层模型，即基本顶、直接顶、煤层、直接底和基本底。因此，在FLAC3D中创建一个三维的五层岩层模型，从上至下五层岩层的组名分别是main roof、immediate roof、coal、immediate floor和main floor。五层岩层的长度和宽度均为100m，从上至下的厚度分别是10m、5m、6m、8m和10m。沿着X轴方向和Y轴方向每隔0.5m划分一个网格，沿着Z轴方向每隔1m划分一个网格。对五层岩层均设置为弹性模型，并设置杨氏模量为20GPa，设置泊松比为0.25。五层岩层的密度分别为2300kg/m3、2500kg/m3、1400kg/m3、2700kg/m3和2100kg/m3。设置模型的重力加速度为10m/s2且沿着铅直方向指向下方。对整个模型前、后、左、右和底均设置滚筒支撑边界条件。对整个模型顶部施加一个大小为10MPa且指向下方的压应力。首先采用传统迭代计算方法获得初始应力平衡。在获得初始应力平衡后，整个模型内部铅直应力最小值为10.01MPa，铅直应力最大值为10.85MPa。达到初始应力平衡所需要的时间步数为4427步，达到初始应力平衡时整个模型平均不平衡力比率为9.9969×10-6。
此外，针对该模型，利用本发明提出的方法分别计算从上至下五层岩层铅直应力沿X轴方向的梯度为0；铅直应力沿Y轴方向的梯度为0；铅直应力沿Z轴方向的梯度分别为23kPa/m、25kPa/m、14kPa/m、27kPa/m、21kPa/m。从上至下五层岩层沿X轴方向水平应力平行于X轴方向的梯度为0；沿X轴方向水平应力平行于Y轴方向的梯度为0；沿X轴方向水平应力平行于Z轴方向的梯度分别为13.8kPa/m、15kPa/m、8.4kPa/m、16.2kPa/m、12.6kPa/m。从上至下五层岩层沿Y轴方向水平应力平行于X轴方向的梯度为0；沿Y轴方向水平应力平行于Y轴方向的梯度为0；沿Y轴方向水平应力平行于Z轴方向的梯度分别为6.9kPa/m、7.5kPa/m、4.2kPa/m、8.1kPa/m、6.3kPa/m。
采用本发明提出的方法分别计算从上至下五层岩层铅直应力初始值分别为-10MPa、-9.98MPa、-10.145MPa、-9.872MPa、-10.046MPa；从上至下五层岩层沿X轴方向水平应力初始值分别为-6MPa、-5.998MPa、-6.087MPa、-5.9232MPa、-6.0267MPa；从上至下五层岩层沿Y轴方向水平应力初始值分别为-3MPa、-2.994MPa、-3.0435MPa、-2.9616MPa、-3.0138MPa。
整个计算过程使用Excel完成，将公式输入Excel并使用鼠标拖拽便可以快速得到各层岩层计算结果。将计算结果利用initial命令配合gradient关键字输入到FLAC3D内。随后，对整个模型进行自动求解，发现获得初始应力平衡后，整个模型内部铅直应力最小值为10.01MPa，铅直应力最大值为10.86MPa。达到初始应力平衡所需要的时间步数为1步，达到初始应力平衡时整个模型平均不平衡力比率为1.3174×10-17。
传统迭代计算方法和本发明提出的方法计算结果对比如表1所示。可以看出，利用本发明提出的方法与传统迭代计算方法得到的模型内部铅直应力数据几乎相同，证明本发明提出的方法可以得到有效的初始应力数据。但传统迭代计算方法需要大量的时间步，而本发明提出的方法仅需1个时间步就可以完成计算，大大提升了计算效率。此外，本发明提出的方法计算得到的平均不平衡力比率为1.3174×10-17，远远小于传统迭代计算方法得到的平均不平衡力比率。平均不平衡力比率越小，模型的初始应力平衡收敛状态程度越高。因此，采用本发明提出的方法得到的模型初始应力平衡收敛状态显著高于传统迭代计算方法获得的初始应力平衡收敛状态。
表1 传统迭代计算方法和本发明提出的方法计算结果对比
此外，为了进一步检验本发明的有效性，从模型顶部至模型底部布置一条铅直测线并提出测线上的铅直应力数据。将传统迭代计算方法和本发明提出的方法分别获得初始应力平衡后测线上的数据进行比较，如图3和图4所示。可以看出，传统迭代计算方法和本发明提出的方法获得的铅直应力分布规律几乎一致，再次检验了本发明提出的方法的有效性。但本发明的计算效率显著大于传统迭代计算方法，因此，本发明的优越性更强。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其它各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种适用于FLAC3D中多密度岩层条件下的初始应力生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在FLAC3D中创建三维多层岩层模型且每层岩层分配不同组名，模型中Z轴代表铅直方向，X轴和Y轴代表水平方向，X轴、Y轴和Z轴之间两两正交；S2：设置岩层的本构模型、材料参数和密度；S3：设置整个模型的重力加速度；S4：设置模型的边界条件；
S5：采用预定第一公式、预定第二公式、预定第三公式计算各岩层铅直应力梯度，公式中，为第i层岩层铅直应力沿X轴方向的梯度，为第i层岩层铅直应力沿Y轴方向的梯度，为第i层岩层铅直应力沿Z轴方向的梯度；为第i层岩层的密度；g为重力加速度；
采用预定第四公式、预定第五公式为、预定第六公式为计算各岩层沿X轴方向水平应力的梯度，公式中，为第i层岩层沿X轴方向水平应力平行于X轴方向的梯度，为第i层岩层沿X轴方向水平应力平行于Y轴方向的梯度，为第i层岩层沿X轴方向水平应力平行于Z轴方向的梯度，为沿X轴方向水平应力的侧压系数；
采用预定第七公式、预定第八公式、预定第九公式计算各岩层沿Y轴方向水平应力的梯度，公式中，为第i层岩层沿Y轴方向水平应力平行于X轴方向的梯度，为第i层岩层沿Y轴方向水平应力平行于Y轴方向的梯度，为第i层岩层沿Y轴方向水平应力平行于Z轴方向的梯度，为沿Y轴方向水平应力的侧压系数；
S6：采用预定第十公式计算最顶层岩层铅直应力初始值，采用预定第十一公式计算最顶层岩层沿X轴方向水平应力初始值，采用预定第十二公式计算最顶层岩层沿Y轴方向水平应力初始值，公式中，为最顶层岩层铅直应力初始值，为模型顶部施加的铅直向下的法向应力，其方向规则为：拉伸为正，压缩为负；为最顶层岩层沿X轴方向水平应力的初始值；为最顶层岩层沿Y轴方向水平应力的初始值；
采用预定第十三公式计算中间层岩层铅直应力初始值，采用预定第十四公式计算中间层岩层沿X轴方向水平应力初始值，采用预定第十五公式计算中间层岩层沿Y轴方向水平应力初始值，公式中，为第i层岩层铅直应力初始值，为第i-1层岩层铅直应力初始值，为第i-1层岩层的密度，为第i层岩层顶部平面的Z坐标值，为第i层岩层沿X轴方向水平应力的初始值，为第i层岩层沿Y轴方向水平应力的初始值；
采用预定第十六公式计算最底层岩层铅直应力初始值，采用预定第十七公式计算最底层岩层沿X轴方向水平应力初始值，采用预定第十八公式计算最底层岩层沿Y轴方向水平应力初始值，公式中，为最底层岩层铅直应力初始值，为第i层岩层的厚度，为第n层岩层的密度，为最底层岩层沿X轴方向水平应力初始值，为最底层岩层沿Y轴方向水平应力初始值；
S7：对各岩层赋初始应力；S8：对整个模型进行自动求解。
2.根据权利要求1所述的初始应力生成方法，其特征在于，步骤S1中，模型顶部平面的Z坐标值为0，使用size命令对模型进行单元体划分，并使用group命令对每层岩层设置不同组名。
3.根据权利要求2所述的初始应力生成方法，其特征在于，步骤S1中，沿铅直方向从上至下对每层岩层进行标号，最顶层岩层标记为第1层，向下依次为第2层、第3层，直至最底层的第n层。
4.根据权利要求1所述的初始应力生成方法，其特征在于，步骤S3中，重力加速度沿水平方向的分量为0，沿铅直方向的分量为10m/s2且指向下方。
5.根据权利要求1所述的初始应力生成方法，其特征在于，步骤S4中，模型的前、后、左、右、底均为滚筒支撑，模型的顶部边界为压应力边界。
6.根据权利要求1或3所述的初始应力生成方法，其特征在于，步骤S7中，利用initial命令对各岩层铅直应力初始值赋值，并利用gradient关键字对各岩层铅直应力平行于X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的梯度进行设置；利用initial命令对各岩层沿X轴方向水平应力初始值赋值，并利用gradient关键字对各岩层沿X轴方向水平应力平行于X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的梯度进行设置；利用initial命令对各岩层沿Y轴方向水平应力初始值赋值，并利用gradient关键字对各岩层沿Y轴方向水平应力平行于X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的梯度进行设置。
7.根据权利要求6述的初始应力生成方法，其特征在于，步骤S8中，采用solve命令对整个模型进行自动求解，直至整个模型的平均不平衡力比率≤1×10-5。
Priority Applications (1)
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2023
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