本申請涉及巖石力學行為模擬，特別是涉及一種塊體離散單元法參數確定方法、裝置、設備及介質。

背景技術：

1、由于巖石內部破裂的不可見性，人們通常需要借助數值模擬對其力學行為進行再現，進而為巖石工程地質災害防控提供依據。

2、在漫長的地質作用下，巖石通常包括大量的不連續面，這極大影響了巖石的物理力學性質，使巖石力學行為模擬變得十分困難。針對巖石的這種復雜特征，塊體離散單元法將巖石視為不連續介質，即將巖石離散為剛性或可變形的多邊形塊體集合體，塊體之間通過接觸相互粘結，通過計算接觸和塊體的運動學公式，進而實現巖石力學行為的模擬。由于塊體離散單元法可較為真實地模擬巖石破裂、非線性大變形等行為，其在巖石工程模擬方面已受到廣泛應用。

3、在塊體離散單元法中，模擬巖石力學行為本質上取決于塊體和接觸參數，即所模擬的礦物和礦物邊界的屬性。然而，塊體和接觸參數屬于微觀參數，當前技術手段無法通過實驗直接測得塊體和接觸參數，因為實驗只能測出宏觀參數，也無法通過可測量的其他材料物理參數間接推導計算得到塊體和接觸參數，因此，在應用塊體離散單元法時，準確的塊體和接觸參數是再現巖石力學行為的前提。

4、在使用塊體離散單元法對巖石力學行為進行模擬時，由于無法直接獲取塊體和接觸參數，塊體和接觸參數的確定通常依賴于試錯法，該方法通過反復調整塊體和接觸參數，直至模擬的宏觀力學參數與室內實驗的宏觀力學參數一致。進一步地，在試錯法的基礎上衍生出了擬合法，即在大量試錯的基礎上，建立表征塊體和接觸參數與模擬的宏觀力學參數的關系的擬合曲線，通過擬合曲線來確定滿足室內實驗的宏觀力學參數要求的塊體和接觸參數。

5、然而，試錯法和擬合法在實際應用中存在諸多問題，具體如下。

6、（1）真實性差。試錯法依賴于逐步調整塊體和接觸參數并觀察結果的過程，擬合法依賴于局部預設梯度（即兩個相鄰取值之間的間隔）下塊體和接觸參數與宏觀力學參數的關系，因此，二者很難保證所找到的參數取值組合是全局最優的，往往只能達到局部最優，這種局限性往往導致模擬結果與實際情況存在一定偏差，或僅滿足部分塊體和接觸參數的對應要求，使得模擬的真實性極大降低。此外，由于試錯法依賴于人為的調整和觀察，擬合法依賴于人為的梯度設置，主觀性較強。

7、（2）效率低。由于涉及到大量的塊體和接觸參數，試錯法和擬合法通常需要進行大量的離散元數值模擬，每次參數調整后都需要重新運行，導致高昂的計算成本和時間消耗。

8、（3）容錯率低。在處理高維度和非線性復雜關系的復雜參數空間時，試錯法和擬合法面臨巨大挑戰，復雜參數空間中的多個塊體和接觸參數可能相互作用，導致難以通過簡單的調整找到合適的參數取值組合，隨著復雜參數空間的增大，試錯法和擬合法逐步失去其有效性，特別是在面對復雜的物理現象時。

技術實現思路

1、本申請的目的是提供一種塊體離散單元法參數確定方法、裝置、設備及介質，可解決傳統的塊體離散單元法參數確定方法所存在的真實性差、效率低、容錯率低的問題。

2、為實現上述目的，本申請提供了如下方案。

3、第一方面，本申請提供了一種塊體離散單元法參數確定方法，所述塊體離散單元法參數確定方法包括以下步驟。

4、基于每一個塊體和接觸參數的取值范圍，確定多個參數取值組合；所述塊體和接觸參數為塊體離散單元法中的建模參數，所述參數取值組合包括每一個塊體和接觸參數的取值。

5、對于每一個所述參數取值組合，以所述參數取值組合作為輸入，利用訓練好的宏觀力學參數預測模型確定宏觀力學參數的預測值，計算宏觀力學參數的預測值和宏觀力學參數的第一實驗值之間的偏差，得到所述參數取值組合對應的損失值；所述第一實驗值是在所述參數取值組合下對巖石樣品的力學行為進行實驗所得到的宏觀力學參數的取值，所述宏觀力學參數包括巖石變形特性和巖石強度特性，所述巖石變形特性包括楊氏模量和泊松比，所述巖石強度特性包括單軸抗壓強度、巴西抗拉強度、粘聚力和內摩擦角。

6、選取所述損失值最小的參數取值組合作為最終的參數取值組合。

7、第二方面，本申請提供了一種塊體離散單元法參數確定裝置，所述塊體離散單元法參數確定裝置包括以下模塊。

8、數據獲取模塊，用于基于每一個塊體和接觸參數的取值范圍，確定多個參數取值組合；所述塊體和接觸參數為塊體離散單元法中的建模參數，所述參數取值組合包括每一個塊體和接觸參數的取值。

9、損失計算模塊，用于對于每一個所述參數取值組合，以所述參數取值組合作為輸入，利用訓練好的宏觀力學參數預測模型確定宏觀力學參數的預測值，計算宏觀力學參數的預測值和宏觀力學參數的第一實驗值之間的偏差，得到所述參數取值組合對應的損失值；所述第一實驗值是在所述參數取值組合下對巖石樣品的力學行為進行實驗所得到的宏觀力學參數的取值，所述宏觀力學參數包括巖石變形特性和巖石強度特性，所述巖石變形特性包括楊氏模量和泊松比，所述巖石強度特性包括單軸抗壓強度、巴西抗拉強度、粘聚力和內摩擦角。

10、參數確定模塊，用于選取所述損失值最小的參數取值組合作為最終的參數取值組合。

11、第三方面，本申請提供了一種計算機設備，包括：存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序以實現上述的塊體離散單元法參數確定方法。

12、第四方面，本申請提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執行時實現上述的塊體離散單元法參數確定方法。

13、根據本申請提供的具體實施例，本申請具有以下技術效果。

14、本申請提供了一種塊體離散單元法參數確定方法、裝置、設備及介質，基于每一個塊體和接觸參數的取值范圍，確定多個參數取值組合，對于每一個參數取值組合，以參數取值組合作為輸入，利用訓練好的宏觀力學參數預測模型確定宏觀力學參數的預測值，計算宏觀力學參數的預測值和宏觀力學參數的第一實驗值之間的偏差，得到參數取值組合對應的損失值，選取損失值最小的參數取值組合作為最終的參數取值組合。本申請能夠遍歷塊體和接觸參數的多個參數取值組合，減少參數選擇中的主觀性，解決真實差的問題，采用訓練好的宏觀力學參數預測模型來預測宏觀力學參數，能夠避免進行大量的離散元數值模擬，解決效率低的問題，同時能夠處理高維度和非線性復雜關系的復雜參數空間，解決容錯率低的問題，從而可解決傳統的塊體離散單元法參數確定方法所存在的真實性差、效率低、容錯率低的問題，精準高效的確定塊體離散單元法的參數。綜上，本申請通過遍歷多個參數取值組合，減少主觀性，避免了大量離散元數值模擬，同時能夠處理復雜的高維非線性參數空間，解決真實性差、效率低和容錯率低的問題，從而實現準確高效的塊體離散單元法參數確定過程。

技術特征：

1.一種塊體離散單元法參數確定方法，其特征在于，所述塊體離散單元法參數確定方法包括：

2.根據權利要求1所述的塊體離散單元法參數確定方法，其特征在于，所述塊體和接觸參數包括變形相關參數和強度相關參數，所述變形相關參數包括接觸法向剛度、接觸剪切剛度、接觸法向剛度和接觸剪切剛度的比值、巖石楊氏模量和巖石泊松比，所述強度相關參數包括接觸粘聚力、接觸內摩擦角和接觸抗拉強度。

3.根據權利要求1所述的塊體離散單元法參數確定方法，其特征在于，基于每一個塊體和接觸參數的取值范圍，確定多個參數取值組合，具體包括：

4.根據權利要求1所述的塊體離散單元法參數確定方法，其特征在于，在以所述參數取值組合作為輸入，利用訓練好的宏觀力學參數預測模型確定宏觀力學參數的預測值之前，所述塊體離散單元法參數確定方法還包括：

5.根據權利要求4所述的塊體離散單元法參數確定方法，其特征在于，所述初始預測模型包括隨機森林模型、高斯過程回歸模型、支持向量回歸模型和深度神經網絡模型。

6.根據權利要求1所述的塊體離散單元法參數確定方法，其特征在于，計算宏觀力學參數的預測值和宏觀力學參數的第一實驗值之間的偏差，得到所述參數取值組合對應的損失值，具體包括：計算每一個宏觀力學參數的預測值和第一實驗值之間的差值，并計算所有所述差值的平方的和值，得到所述參數取值組合對應的損失值。

7.根據權利要求1所述的塊體離散單元法參數確定方法，其特征在于，選取所述損失值最小的參數取值組合作為最終的參數取值組合，具體包括：

8.一種塊體離散單元法參數確定裝置，其特征在于，所述塊體離散單元法參數確定裝置包括：

9.一種計算機設備，包括：存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序以實現權利要求1-7中任一項所述的塊體離散單元法參數確定方法。

10.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執行時實現權利要求1-7中任一項所述的塊體離散單元法參數確定方法。

技術總結
本申請公開了一種塊體離散單元法參數確定方法、裝置、設備及介質，涉及巖石力學行為模擬技術領域，該方法包括：基于每一個塊體和接觸參數的取值范圍，確定多個參數取值組合，對于每一個參數取值組合，以參數取值組合作為輸入，利用訓練好的宏觀力學參數預測模型確定宏觀力學參數的預測值，計算宏觀力學參數的預測值和宏觀力學參數的第一實驗值之間的偏差，得到參數取值組合對應的損失值，選取損失值最小的參數取值組合作為最終的參數取值組合。本申請可解決傳統的塊體離散單元法參數確定方法所存在的真實性差、效率低、容錯率低的問題，利于實現巖石力學行為的模擬。

技術研發人員：林若深,步豐暢,薛雷,周意萌,陳竑然,秦四清
受保護的技術使用者：中國科學院地質與地球物理研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28