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基于FDEM的围压条件下机械冲击破岩机理研究
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作者 刘洋 吴志军 +5 位作者 储昭飞 翁磊 徐翔宇 周原 高波 毛春光 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期866-879,共14页
矿产资源的开采越来越趋向深部发展,而深部围岩往往处于高应力状态下。岩石作为一种主要由矿物颗粒构成的非均质材料,其矿物颗粒间的细观力学性质会对机械冲击破岩行为造成极大的影响,因此有必要考虑围压和岩石细观力学性质对机械冲击... 矿产资源的开采越来越趋向深部发展,而深部围岩往往处于高应力状态下。岩石作为一种主要由矿物颗粒构成的非均质材料,其矿物颗粒间的细观力学性质会对机械冲击破岩行为造成极大的影响,因此有必要考虑围压和岩石细观力学性质对机械冲击破岩行为的影响。首先,采用有限元-离散元(FDEM)方法,在ABAQUS有限元模型全域内嵌入零厚度黏聚力单元,模拟深部高应力条件下的机械冲击破岩过程;然后,通过室内单轴压缩和巴西劈裂试验进行算法验证和参数标定;最后,建立相应的冲击破岩FDEM模型,并定量分析围压和细观力学参数(断裂能、细观强度、接触刚度比)对冲击破岩行为的影响规律。研究结果表明:在高围压下,岩石会出现岩爆现象,破岩效果明显提高;岩石的断裂能和细观强度增加均会导致破岩效果降低,其中断裂能越大,岩石产生岩爆现象的难度越高;降低细观强度会减小发生岩爆的围压;接触刚度比越大,冲击破岩过程越容易发生岩爆现象。 展开更多
关键词 冲击破岩 fdem 细观力学性质 围压
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含褶皱巷道围岩破裂碎胀大变形机理FDEM数值模拟研究
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作者 贾永杰 《煤炭与化工》 CAS 2023年第8期15-19,共5页
巷道频繁遭遇褶皱构造,采用有限元离散元耦合数值模拟方法(FDEM)研究含褶皱巷道围岩破裂碎胀大变形机理。首先改进了FDEM剪切应力峰后软化本构模型,使其在压剪应力状态下保持残余剪应力,随后采用余弦函数y=acos(x)建立不同形态的褶皱构... 巷道频繁遭遇褶皱构造,采用有限元离散元耦合数值模拟方法(FDEM)研究含褶皱巷道围岩破裂碎胀大变形机理。首先改进了FDEM剪切应力峰后软化本构模型,使其在压剪应力状态下保持残余剪应力,随后采用余弦函数y=acos(x)建立不同形态的褶皱构造数值模型,最后采用改进的FDEM数值模拟程序研究了不同地应力侧压系数λ(λ=0.5、2.0)和不同褶皱形态下(a=0、0.5 m和1.5 m)的各向同性围岩体破裂碎胀大变形机理。结果表明,对于各向同性岩体,褶皱形态的影响微弱,均呈现X型共轭剪切破坏并伴随拉伸断裂,断裂块体沿剪切带的滑移剪胀及破碎块体的翻转大运动造成破碎岩块的体积膨胀,发生破裂碎胀性大变形。 展开更多
关键词 褶皱构造 软岩巷道 fdem 破裂碎胀大变形 地应力侧压系数
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基于FDEM的隧道衬砌裂缝开裂过程数值分析 被引量:18
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作者 张芳 王淑鹏 +2 位作者 张国锋 胡邵凯 冯吉利 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期83-90,共8页
采用杂交有限元–离散元法(FDEM),与日本等比尺浅埋隧道衬砌试验结果进行了对比分析。数值模型较好地再现了试验中衬砌结构性裂缝的初裂、增扩直至破坏的全过程。其次,建立荷载结构模型,针对影响衬砌开裂的3个主要荷载因素,即局部偏压... 采用杂交有限元–离散元法(FDEM),与日本等比尺浅埋隧道衬砌试验结果进行了对比分析。数值模型较好地再现了试验中衬砌结构性裂缝的初裂、增扩直至破坏的全过程。其次,建立荷载结构模型,针对影响衬砌开裂的3个主要荷载因素,即局部偏压、背后空洞和拱顶松弛地压,分别研究了这些压力不同作用位置、作用范围、作用大小下的裂缝扩展过程、分布规律。为用非连续方法研究衬砌裂缝开裂过程提供了借鉴,同时也为隧道衬砌裂缝病害的防治与加固修复打下了基础。 展开更多
关键词 裂缝扩展 杂交有限离散元法 隧道衬砌 局部偏压 背后空洞 松弛地压
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基于FDEM的戒台寺古滑体开裂破坏过程数值模拟 被引量:7
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作者 陶志刚 张海江 +2 位作者 尹利洁 韩文帅 陈伊凡 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期105-112,共8页
戒台寺古滑坡体受多期构造运动控制,边坡岩体中裂缝发育,结构破碎,风化卸荷引起局部滑移严重。2005年,对古滑体Ⅰ级和Ⅱ级平台进行了综合治理,但2013年后期,戒台寺大雄宝殿后墙和后花园地面又发育多组裂缝,且在Ⅲ级平台坡脚处发现大量... 戒台寺古滑坡体受多期构造运动控制,边坡岩体中裂缝发育,结构破碎,风化卸荷引起局部滑移严重。2005年,对古滑体Ⅰ级和Ⅱ级平台进行了综合治理,但2013年后期,戒台寺大雄宝殿后墙和后花园地面又发育多组裂缝,且在Ⅲ级平台坡脚处发现大量新断口崩塌坡积物,古滑体有复活征兆。为探索戒台寺古滑坡体从二次稳定到开裂破坏的变形机制和破坏特征,文章首先采用杂交有限元-离散元法(FDEM)建立戒台寺古滑坡体数值模型;然后,将模拟计算结果与现场GPS地表位移监测曲线和破坏特征进行对比分析,结果显示FDEM数值模型较好地再现了戒台寺古滑坡体局部开裂、扩展、贯通、脱离、滑移、碰撞和堆积全过程;最后,判断出戒台寺古滑坡体的危险区域,为古滑坡体深部力学监测点设置提供科学依据。 展开更多
关键词 戒台寺 fdem 开裂破坏 滑坡模拟 深部力学监测
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大变幅加卸载下特厚煤层底板断层突水机理模拟研究
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作者 李浩 朱开鹏 +2 位作者 郭国强 周杨 康志勤 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期118-128,共11页
特厚煤层采场空间大、扰动范围广,强烈大变幅荷载易导致底板断层破裂加剧并诱发水害。数值模拟是揭示特厚煤层底板断层活化与突水机理的重要方法,准确反映大变幅加卸载下岩体破裂与裂隙水耦合特征是其合理性的关键。构建损伤变量与塑性... 特厚煤层采场空间大、扰动范围广,强烈大变幅荷载易导致底板断层破裂加剧并诱发水害。数值模拟是揭示特厚煤层底板断层活化与突水机理的重要方法,准确反映大变幅加卸载下岩体破裂与裂隙水耦合特征是其合理性的关键。构建损伤变量与塑性应变、应力之间的相关关系,得到完整岩块的拉、加压卸载损伤演化方程;以平方拉剪应力与Benzeggagh-Kenane为初始、完全断裂准则,建立塑性位移与强度劣化关系,建立加卸载韧性断裂本构关系;基于实验数据建立贯通裂隙加卸载剪切本构关系。以基本方程与状态方程为基础,结合浸没边界方法,形成裂隙岩体水力学模拟理论。由此编制流体动力学-有限离散元CFD-FDEM耦合程序,模拟研究特厚煤层底板断层活化突水过程。结果表明:CFD-FDEM耦合程序可数值实现特厚煤层底板断层从(准)连续体到离散体转化,以及断层带裂隙水运移过程。底板断层采动破坏包络线呈W形,最深位于断层及其上盘(48.6m),最浅位于断层下盘(23m)。特厚煤层采场底板断层及其上盘受到较大超前集中应力,而后在采空区内大幅卸载,导致该位置出现显著二次破坏,并形成主要导水通道。研究成果为特厚煤层工作面底板断层水害防治提供理论支撑。 展开更多
关键词 特厚煤层 底板断层 突水机理 CFD-fdem耦合 大变幅加卸载
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深部巷道软弱围岩破裂碎胀过程及锚喷-注浆加固FDEM数值模拟 被引量:46
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作者 刘泉声 邓鹏海 +2 位作者 毕晨 李伟伟 刘军 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期4065-4083,共19页
针对深部巷道软弱围岩的破裂碎胀大变形预测及围岩控制存在的难题,采用了有限元与离散元耦合程序(FDEM)数值模拟方法对上述问题进行了研究。首先阐述了FDEM的基本原理;然后采用单轴压缩、巴西劈裂和三轴压缩模拟试验与室内试验对比,进... 针对深部巷道软弱围岩的破裂碎胀大变形预测及围岩控制存在的难题,采用了有限元与离散元耦合程序(FDEM)数值模拟方法对上述问题进行了研究。首先阐述了FDEM的基本原理;然后采用单轴压缩、巴西劈裂和三轴压缩模拟试验与室内试验对比,进行了输入参数的标定;最后对深部高地应力条件下的巷道开挖后软弱围岩破裂碎胀大变形进行了模拟,并基于实体建模的方法采用了锚喷(锚杆+喷浆)-注浆对巷道围岩加固进行了模拟。研究结果表明:巷道的大变形主要是由于围岩的破裂、碎胀造成的,浅部以拉伸破坏为主,向深部过渡到剪切破坏;剪切破坏角与单轴压缩试验结果一致,为58°;裸巷的裂纹最大扩展范围为10.6 m、表面最大位移收敛量20.7 cm。采用锚喷和锚喷-注浆加固后能有效地控制围岩的变形,抑制了裂纹的扩展范围(减小到5.8 m、5.1 m),且围岩表面收敛量大幅减小(5.1 cm、4.2 cm)。 展开更多
关键词 fdem数值模拟 深部巷道 碎胀大变形 锚喷支护 注浆加固
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Anisotropic shearing mechanism of Kangding slate:Experimental investigation and numerical analysis
7
作者 Ping Liu Quansheng Liu +4 位作者 Penghai Deng Yucong Pan Yiming Lei Chenglei Du Xianqi Xie 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第5期1487-1504,共18页
The shear mechanical behavior is regarded as an essential factor affecting the stability of the surrounding rocks in underground engineering.The shear strength and failure mechanisms of layered rock are significantly ... The shear mechanical behavior is regarded as an essential factor affecting the stability of the surrounding rocks in underground engineering.The shear strength and failure mechanisms of layered rock are significantly affected by the foliation angles.Direct shear tests were conducted on cubic slate samples with foliation angles of 0°,30°,45°,60°,and 90°.The effect of foliation angles on failure patterns,acoustic emission(AE)characteristics,and shear strength parameters was analyzed.Based on AE characteristics,the slate failure process could be divided into four stages:quiet period,step-like increasing period,dramatic increasing period,and remission period.A new empirical expression of cohesion for layered rock was proposed,which was compared with linear and sinusoidal cohesion expressions based on the results made by this paper and previous experiments.The comparative analysis demonstrated that the new expression has better prediction ability than other expressions.The proposed empirical equation was used for direct shear simulations with the combined finite-discrete element method(FDEM),and it was found to align well with the experimental results.Considering both computational efficiency and accuracy,it was recommended to use a shear rate of 0.01 m/s for FDEM to carry out direct shear simulations.To balance the relationship between the number of elements and the simulation results in the direct shear simulations,the recommended element size is 1 mm. 展开更多
关键词 ANISOTROPY Empirical expression of cohesion foliation angles Combined finite-discrete element method(fdem) Shear rate Element size
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碱骨料混凝土单轴抗压试验能量演化研究
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作者 柳皓 王中波 《山西建筑》 2024年第2期114-117,共4页
碱骨料反应是混凝土损伤的重要原因之一。充分了解碱骨料混凝土的破坏机理及损伤描述有助于预防碱骨料混凝土建筑物可能发生的结构破坏。室内试验测量得到碱骨料混凝土各项物理指标后,根据其波速的下降幅度定义了损伤变量,并通过FDEM方... 碱骨料反应是混凝土损伤的重要原因之一。充分了解碱骨料混凝土的破坏机理及损伤描述有助于预防碱骨料混凝土建筑物可能发生的结构破坏。室内试验测量得到碱骨料混凝土各项物理指标后,根据其波速的下降幅度定义了损伤变量,并通过FDEM方法建立碱骨料混凝土单轴抗压下的破坏模型。模型可以准确地模拟碱骨料混凝土的损伤、破坏。根据数值模拟结果,碱骨料显著降低了混凝土中骨料与胶结物间界面的储能能力,这也大大降低了其整体强度。 展开更多
关键词 碱骨料 fdem 损伤 能量演化
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基于FDEM的岩石颗粒破碎后碎片形状的统计分析 被引量:7
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作者 周剑 马刚 +3 位作者 周伟 程勇刚 黄泉水 曹学兴 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期348-357,共10页
针对碎片尺寸和形状会影响岩石强度和变形的问题,采用三维扫描技术获得真实岩石颗粒的表面点云数据,然后通过数字图像处理技术重构数字颗粒,利用连续-离散耦合方法(FDEM)模拟单个颗粒在平板压缩下的断裂破碎.识别颗粒破碎后所产生的碎片... 针对碎片尺寸和形状会影响岩石强度和变形的问题,采用三维扫描技术获得真实岩石颗粒的表面点云数据,然后通过数字图像处理技术重构数字颗粒,利用连续-离散耦合方法(FDEM)模拟单个颗粒在平板压缩下的断裂破碎.识别颗粒破碎后所产生的碎片,并进行碎片形状的表征和量化,分析碎片形状与颗粒初始形状、碎片尺寸的关系.为了准确描述裂纹尖端的应力梯度和损伤演化,进行颗粒有限元网格密度的敏感性分析,结果表明,断裂过程区至少需要5、6个界面单元以减弱网格尺寸的影响.本研究关注颗粒破碎后所产生碎片的整体形态,忽略断裂引起的碎片表面局部起伏和粗糙变化.尽管所研究颗粒的初始形状存在较大差异,仍发现颗粒破碎后所产生碎片的形状指标分布具有一些共性特征.碎片的圆度、扁平率、Domokos因子和凸度对颗粒初始形状的敏感性逐渐增强,并且除了圆度外,其他形状指标分布与碎片尺寸之间并未发现显著的相关性.不同粒径组碎片的圆度分布表明,较大的碎片棱角更明显. 展开更多
关键词 岩石颗粒 单颗粒破碎 连续-离散耦合方法(fdem) 内聚力模型 形状指标
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基于FDEM-Flow研究地应力对水力压裂的影响 被引量:29
10
作者 严成增 郑宏 +1 位作者 孙冠华 葛修润 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期237-246,共10页
用提出的FDEM-Flow(考虑流固耦合的离散元-有限元耦合方法)方法作为工具,研究了地应力对水力压裂的影响。通过一个注水圆孔的算例,研究不同地应力状态对压裂裂隙的走向和形态的影响。研究结果表明,起裂压力的大小和压裂裂隙的方位均与... 用提出的FDEM-Flow(考虑流固耦合的离散元-有限元耦合方法)方法作为工具,研究了地应力对水力压裂的影响。通过一个注水圆孔的算例,研究不同地应力状态对压裂裂隙的走向和形态的影响。研究结果表明,起裂压力的大小和压裂裂隙的方位均与地应力有密切关系。在竖向地应力v?保持不变的情况下,且侧压力系数?>1时,随着?的增大,起裂压力和失稳压力均减小;?>1时且取值较小时,主要产生水平向的裂隙,并有斜向裂隙产生;?>1时且取值较大时,裂隙严格按照最大主压应力的方向扩展,不再出现斜向裂隙;?<1时,主要产生竖向的裂隙;?=1时,水平地应力和竖向地应力相等,裂隙的扩展不存在优势方向。不同侧压力系数条件下,裂隙的扩展方向与最大主应力的方向一致,水力压裂裂隙的起裂和扩展主要由最大主拉应力控制,裂隙在拉应力集中的区域起裂。这些结果与已有的试验及理论认识是相符的,进一步验证了FDEM-Flow方法用于模拟水力压裂问题的有效性。 展开更多
关键词 有限元-离散元法 fdem-Flow 水力压裂 地应力
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冲击作用下煤岩动态破坏机理的FDEM模拟研究 被引量:4
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作者 程树范 高睿 +2 位作者 曾亚武 张嘉凡 陈世官 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第19期136-143,共8页
为研究煤岩的动态破坏规律,利用Φ50 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置,开展了煤岩冲击破坏试验。基于零厚度的内聚力单元建立了煤岩有限离散元方法(finite discrete element method,FDEM),标定了模型参数... 为研究煤岩的动态破坏规律,利用Φ50 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置,开展了煤岩冲击破坏试验。基于零厚度的内聚力单元建立了煤岩有限离散元方法(finite discrete element method,FDEM),标定了模型参数;最后在LS-DYNA软件平台上模拟了SHPB冲击试验,讨论了FDEM模型在模拟动态破坏时的适用性,并对煤岩的破坏过程进行分析。研究表明:①煤岩动态抗压强度与应变率满足经验关系,当应变率为98.05 s^(-1)、119.22 s^(-1)和135.85 s^(-1)时其动态强度因子(dynamic strength factor,DIF)分别为1.92、2.08和2.23;②冲击作用下煤岩的弹性变形阶段较短,塑性变形能力较强,动态弹性模量的应变率相关性不显著;③FDEM模型通过零厚度内聚力单元的失效能够模拟岩石类材料的脆性破坏,当网格尺寸合理时,由于惯性效应的存在,通过准静态试验标定的模型参数,也适用于冲击破坏的模拟;(4)冲击作用下煤岩的破碎程度与冲击速度正相关,其破坏形式表现为压缩波引起的局部剪切破坏和泊松效应导致的整体张拉破坏。 展开更多
关键词 冲击破坏 应变率相关性 分离式霍普金森压杆(SHPB) 有限-离散元方法 内聚力模型
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基于FDEM-flow的多孔水力压裂模拟 被引量:4
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作者 严成增 郑宏 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2016年第7期63-67,共5页
为指导水力压裂施工,用FDEM-flow方法对多孔水力压裂问题进行了研究。研究结果显示:当H2孔的水压较小时,由H1孔出发的裂缝几乎不朝H2孔偏转;当H2孔的水压较大时,H1孔出发朝下扩展的裂缝,向H2孔偏转明显;当H1,H3孔同步增大水压时,H1出发... 为指导水力压裂施工,用FDEM-flow方法对多孔水力压裂问题进行了研究。研究结果显示:当H2孔的水压较小时,由H1孔出发的裂缝几乎不朝H2孔偏转;当H2孔的水压较大时,H1孔出发朝下扩展的裂缝,向H2孔偏转明显;当H1,H3孔同步增大水压时,H1出发向下扩展的裂缝朝H3孔偏转,H3孔出发向上扩展的裂缝朝H1孔偏转,最终在H1孔和H3孔间形成2条相向扩展的裂缝。上述研究结果表明:水力压裂裂缝的走向会受到相邻孔的干涉,可以通过相邻孔应力干扰控制压裂裂缝的走向;同时相邻孔的干涉,可以降低注水孔的起裂水压力,这也从侧面说明了同步压裂技术的合理性。 展开更多
关键词 FEMDEM fdem-flow 多孔水力压裂 同步压裂 裂缝 应力干扰
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基于FDEM-flow方法研究非均质性对水力压裂的影响 被引量:4
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作者 严成增 郑宏 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2016年第S2期625-631,638,共8页
用FDEM-flow方法作为工具,研究材料的均质度、空间排列对水力压裂的影响。研究表明,随着注入水压的增大,圆孔周界的最大主应力增大,增大到一定值,产生裂隙,裂隙主要由受拉破坏产生。裂隙穿过的区域出现拉应力释放,裂隙端部的应力集中区... 用FDEM-flow方法作为工具,研究材料的均质度、空间排列对水力压裂的影响。研究表明,随着注入水压的增大,圆孔周界的最大主应力增大,增大到一定值,产生裂隙,裂隙主要由受拉破坏产生。裂隙穿过的区域出现拉应力释放,裂隙端部的应力集中区随裂隙的扩展而向外移动。均质度系数较小时,分叉裂隙较多,裂隙扩展路径不平整,并呈现出非对称性;均质度系数增大,分叉裂隙减少,裂隙扩展路径越平直,呈现的对称性越明显。起裂压力也随均质度系数的增大而增大并趋于稳定。材料的空间排列不同,其起裂位置、扩展形态均有较大的差别,起裂压力也随之波动。 展开更多
关键词 FEMDEM fdem-fow 非均质性 材料空间排列 水力压裂
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Characterizing the influence of stress-induced microcracks on the laboratory strength and fracture development in brittle rocks using a finite-discrete element method-micro discrete fracture network FDEM-μDFN approach 被引量:6
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作者 Pooya Hamdi Doug Stead Davide Elmo 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2015年第6期609-625,共17页
Heterogeneity is an inherent component of rock and may be present in different forms including mineralheterogeneity, geometrical heterogeneity, weak grain boundaries and micro-defects. Microcracks areusually observed ... Heterogeneity is an inherent component of rock and may be present in different forms including mineralheterogeneity, geometrical heterogeneity, weak grain boundaries and micro-defects. Microcracks areusually observed in crystalline rocks in two forms: natural and stress-induced; the amount of stressinducedmicrocracking increases with depth and in-situ stress. Laboratory results indicate that thephysical properties of rocks such as strength, deformability, P-wave velocity and permeability areinfluenced by increase in microcrack intensity. In this study, the finite-discrete element method (FDEM)is used to model microcrack heterogeneity by introducing into a model sample sets of microcracks usingthe proposed micro discrete fracture network (mDFN) approach. The characteristics of the microcracksrequired to create mDFN models are obtained through image analyses of thin sections of Lac du Bonnetgranite adopted from published literature. A suite of two-dimensional laboratory tests including uniaxial,triaxial compression and Brazilian tests is simulated and the results are compared with laboratory data.The FDEM-mDFN models indicate that micro-heterogeneity has a profound influence on both the mechanicalbehavior and resultant fracture pattern. An increase in the microcrack intensity leads to areduction in the strength of the sample and changes the character of the rock strength envelope. Spallingand axial splitting dominate the failure mode at low confinement while shear failure is the dominantfailure mode at high confinement. Numerical results from simulated compression tests show thatmicrocracking reduces the cohesive component of strength alone, and the frictional strength componentremains unaffected. Results from simulated Brazilian tests show that the tensile strength is influenced bythe presence of microcracks, with a reduction in tensile strength as microcrack intensity increases. Theimportance of microcrack heterogeneity in reproducing a bi-linear or S-shape failure envelope and itseffects on the mechanisms leading to spalling damage near an underground opening are also discussed. 展开更多
关键词 Finite-discrete element method(fdem) Micro discrete fracture network(μDFN) Brittle fracture
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模拟水压致裂的另一种二维FDEM-flow方法 被引量:14
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作者 严成增 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期1789-1796,共8页
可考虑岩石本身渗透性的FDEM-flow方法充分利用原FEMDEM中节理单元和三角形单元独特的拓扑连接关系,将节理单元作为流体流动的天然通道,基于立方定律来表征流体在岩石本身及裂隙中的流动,而岩石本身渗透性则通过标定合适节理单元张开度... 可考虑岩石本身渗透性的FDEM-flow方法充分利用原FEMDEM中节理单元和三角形单元独特的拓扑连接关系,将节理单元作为流体流动的天然通道,基于立方定律来表征流体在岩石本身及裂隙中的流动,而岩石本身渗透性则通过标定合适节理单元张开度来表征。用一个含解析解自由面稳态渗流算例初步验证了本文渗流算法及标定岩石本身渗透率方法的正确性。最后计算了一个水力压裂算例,验证了该FDEM-flow方法可同时考虑岩石本身的渗透性和裂隙的渗透性,用简单的纯裂隙渗流完成了对复杂问题的处理。研究结果表明:修改后的FDEM-flow方法能够很好地再现压裂过程中流体压力的分布及裂隙的扩展,可简洁地求解水力压裂这一复杂力学的问题,适用范围更广。为模拟页岩气开采、干热岩地热获取中的水力压裂问题提供新的求解工具。 展开更多
关键词 FEMDEM fdem-flow 流固耦合 水力压裂 流体黏性 裂隙渗流
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Fracture development around deep underground excavations: Insights from FDEM modelling 被引量:22
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作者 Andrea Lisjak Daniel Figi Giovanni Grasselli 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2014年第6期493-505,共13页
Over the past twenty years, there has been a growing interest in the development of numerical modelsthat can realistically capture the progressive failure of rock masses. In particular, the investigation ofdamage deve... Over the past twenty years, there has been a growing interest in the development of numerical modelsthat can realistically capture the progressive failure of rock masses. In particular, the investigation ofdamage development around underground excavations represents a key issue in several rock engineeringapplications, including tunnelling, mining, drilling, hydroelectric power generation, and the deepgeological disposal of nuclear waste. The goal of this paper is to show the effectiveness of a hybrid finitediscreteelement method (FDEM) code to simulate the fracturing mechanisms associated with theexcavation of underground openings in brittle rock formations. A brief review of the current state-of-theartmodelling approaches is initially provided, including the description of selecting continuum- anddiscontinuum-based techniques. Then, the influence of a number of factors, including mechanical and insitu stress anisotropy, as well as excavation geometry, on the simulated damage is analysed for threedifferent geomechanical scenarios. Firstly, the fracture nucleation and growth process under isotropicrock mass conditions is simulated for a circular shaft. Secondly, the influence of mechanical anisotropy onthe development of an excavation damaged zone (EDZ) around a tunnel excavated in a layered rockformation is considered. Finally, the interaction mechanisms between two large caverns of an undergroundhydroelectric power station are investigated, with particular emphasis on the rock mass responsesensitivity to the pillar width and excavation sequence. Overall, the numerical results indicate that FDEMsimulations can provide unique geomechanical insights in cases where an explicit consideration offracture and fragmentation processes is of paramount importance. 2014 Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences. Production and hosting byElsevier B.V. All rights reserved. 展开更多
关键词 Tunnelling Caverns Rock fracturing Excavation damaged zone(EDZ) Hybrid finite-discrete element method(fdem) Numerical modelling
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Three-dimensional FDEM numerical simulation of failure processes observed in Opalinus Clay laboratory samples 被引量:10
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作者 Omid Mahabadi Patrick Kaifosh +1 位作者 Paul Marschall Tim Vietor 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2014年第6期591-606,共16页
This study presents the first step of a research project that aims at using a three-dimensional (3D) hybridfinite-discrete element method (FDEM) to investigate the development of an excavation damaged zone(EDZ) ... This study presents the first step of a research project that aims at using a three-dimensional (3D) hybridfinite-discrete element method (FDEM) to investigate the development of an excavation damaged zone(EDZ) around tunnels in a clay shale formation known as Opalinus Clay. The 3D FDEM was first calibratedagainst standard laboratory experiments, including Brazilian disc test and uniaxial compression test. Theeffect of increasing confining pressure on the mechanical response and fracture propagation of the rockwas quantified under triaxial compression tests. Polyaxial (or true triaxial) simulations highlighted theeffect of the intermediate principal stress (s2) on fracture directions in the model: as the intermediateprincipal stress increased, fractures tended to align in the direction parallel to the plane defined by themajor and intermediate principal stresses. The peak strength was also shown to vary with changing s2. 2014 Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences. Production and hosting byElsevier B.V. All rights reserved. 展开更多
关键词 Three-dimensional(3D) hybrid finitediscrete element method(fdem) Intermediate principal stress Discrete element methods True triaxial behaviour Failure envelope
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FDEM-TM方法模拟岩石热破裂 被引量:4
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作者 严成增 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1198-1204,共7页
岩石热破裂研究在地热开采、核废料处置、石油开采中具有重要的工程应用价值和理论价值。基于FDEM(finite discrete element method)方法,用建立的FDEM-TM(finite discrete element method with thermo-mechanical coupling)方法对... 岩石热破裂研究在地热开采、核废料处置、石油开采中具有重要的工程应用价值和理论价值。基于FDEM(finite discrete element method)方法,用建立的FDEM-TM(finite discrete element method with thermo-mechanical coupling)方法对一个圆筒试样在两种不同温度边界条件下的热破裂进行了分析。研究表明,当内边界温度保持不变,外边界温度不断增大时(Tr0〈TR0),起裂前,圆盘内侧处于受压状态,而圆盘外侧处于拉伸状态;当拉应力超过材料的抗拉强度时,从圆盘外边界起裂,从外向内扩展,形成发散裂纹。当外边界温度保持不变,内边界温度不断增大时(Tr0〉TR0),起裂前,圆盘内侧处于受压状态,而圆盘外侧处于拉伸状态;当拉应力超过材料的抗拉强度时,从圆盘外边界起裂,从外向内扩展,形成从外向内扩展的径向裂纹。模拟结果和已有文献结果保持较好的一致性,验证了FDEM-TM方法模拟岩石热破裂的有效性。 展开更多
关键词 FEMDEM fdem-TM 热力耦合 热应力 热破裂 岩体破裂
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FDEM模型在矿山测量滑坡中的应用 被引量:1
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作者 郝鹏飞 《煤炭与化工》 CAS 2017年第11期80-83,共4页
以山西某露天矿下盘岩质高边坡为研究对象,基于对该露天煤矿边坡工程地质的认识,结合实时监测记录和现场调查,采用杂交有限元-离散元法(FDEM)对该露天矿"2011-1005滑坡"进行数值模拟计算。通过数值计算模型,从连续到不连续的... 以山西某露天矿下盘岩质高边坡为研究对象,基于对该露天煤矿边坡工程地质的认识,结合实时监测记录和现场调查,采用杂交有限元-离散元法(FDEM)对该露天矿"2011-1005滑坡"进行数值模拟计算。通过数值计算模型,从连续到不连续的变形特征来描述岩石微裂纹聚合、裂纹发展和破碎岩石相互作用(接触、碰撞和反弹)的变形破坏过程,并将计算结果和实际边坡破坏物理特征进行对比研究,验证利用FDEM法对露天煤矿采场下盘边坡稳定性评价和数值模拟计算的可行性。 展开更多
关键词 露天煤矿 fdem 滑坡
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基于连续-非连续分析理论的隧道围岩破坏区判识方法研究 被引量:1
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作者 肖明清 徐晨 +3 位作者 杨剑 吴佳明 付晓东 周永强 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3099-3108,共10页
准确分析隧道挖破坏区的范围对合理确定支护参数有着重要的指导作用和工程意义,主要围绕连续介质分析方法和以有限元-离散元耦合方法(finite element-discrete element coupling method,简称FDEM)为代表的连续-非连续方法开展了隧道围... 准确分析隧道挖破坏区的范围对合理确定支护参数有着重要的指导作用和工程意义,主要围绕连续介质分析方法和以有限元-离散元耦合方法(finite element-discrete element coupling method,简称FDEM)为代表的连续-非连续方法开展了隧道围岩破坏区判识方法研究。研究了连续介质分析方法与FDEM识别围岩破坏的判别标准;将岩体划分为弹性的岩石单元和弹塑性的界面单元,基于等效连续模型的思想,推导了界面单元力学参数与岩石单元及岩体单元力学参数的关系表达式,首次建立这两种方法参数取值的联系,解决了连续-非连续方法取值难的问题;对比了两种方法模拟不同岩性、断面铁路隧道开挖过程中围岩破坏区范围。基于规范中各级围岩的力学参数取值范围,给出了各级围岩下以FDEM中罚参数和断裂能等围岩主要破坏参数的取值范围;FLAC3D为代表的连续介质方法和FDEM两种方法对不同岩性、断面铁路隧道开挖过程模拟结果表明,连续介质方法得出的塑性区和以塑性极限应变得出的破坏区域和连续-非连续方法得出的裂纹扩展区和破坏区在分布范围、形态及破坏形式上基本一致,验证了提出的FDEM围岩破坏参数取值方法是合理可行的。 展开更多
关键词 连续-非连续分析方法 fdem 隧道 破坏区识别 参数取值 连续介质分析方法
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