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3-D discontinuum numerical modeling of subsidence incorporating ore extraction and backfilling operations in an underground iron mine in China 被引量:1
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作者 Huang Gang Kulatilake Pinnaduwa H.S.W. +2 位作者 Shreedharan Srisharan Cai Sijing Song Hongqing 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CSCD 2017年第2期191-201,共11页
An underground iron mine in China has been used as a case-study to research the subsidence due to ore extraction and backfilling during open stoping operations. A 3-D discontinuum numerical model was built incorporati... An underground iron mine in China has been used as a case-study to research the subsidence due to ore extraction and backfilling during open stoping operations. A 3-D discontinuum numerical model was built incorporating geologic complexities including faults and interfaces between different lithologies,and the stoping and backfilling sequence adopted from the mine plans. The stoping was carried out in two vertically stacked horizontal layers, with a total of 16 stopes. Large displacements of up to 50 cm were observed along the roof of the stopes, and a maximum surface subsidence of 22.5 cm was observed.Backfilling was found to eliminate subsequent displacements and subsidence. The extraction of the upper orebody was found to influence displacements in the lower orebody. Finally, a subsidence profile was constructed to show the subsidence at all locations along the length of the surface and region of influence on the surface. 展开更多
关键词 Underground iron mine discontinuum numerical modeling Open stoping Backfill Subsidence
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三维连续-非连续并行计算方法及其在岩爆过程模拟中的应用
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作者 王学滨 杜轩 +3 位作者 薛承宇 陈双印 廖裴彬 余保健 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期177-185,共9页
随着深部岩石工程的发展,岩爆变得越发严重。在岩爆的数值模拟方面,连续方法和非连续方法均具有一定的局限性。兼具二者优势的连续-非连续方法更具优势,且正在快速发展。基于CUDA对自主开发的三维拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方... 随着深部岩石工程的发展,岩爆变得越发严重。在岩爆的数值模拟方面,连续方法和非连续方法均具有一定的局限性。兼具二者优势的连续-非连续方法更具优势,且正在快速发展。基于CUDA对自主开发的三维拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法进行了GPU并行加速。为了探索岩爆的机理和过程,模拟了不同静水压力、侧压系数和单元数目(最多达100×10^(4))条件下圆形洞室围岩V形坑的演化规律和单元弹射现象。考察了洞室围岩中裂纹的定量演化规律。研究表明:当静水压力较大时,基于芬纳公式的支护设计偏于不安全。由于V形坑的位置发生改变,V形坑的平均最大深度随着静水压力的增加先缓慢增加后快速增加。关于洞室围岩V形坑的模拟结果能与有关的实验结果、数值结果和现场观测结果吻合。上述研究很好地体现了岩爆并行计算较串行计算和商业软件计算的优势。 展开更多
关键词 岩爆 GPU并行计算 三维连续-非连续方法 V形坑 静水压力 侧压系数 洞室
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基于势接触连续-非连续方法的双层叠梁开裂过程模拟
3
作者 王学滨 李继翔 +1 位作者 杜轩 郑一方 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期1011-1019,共9页
弱黏结岩层容易发生滑动和离层,进而引发灾害。为了检验自主开发的势接触连续-非连续方法中的无黏结叠梁模型并深入了解其破坏后的力学行为,针对三点弯双层叠梁开展研究,并考察了势接触力求解中法向刚度系数的影响。通过将两个岩层叠合... 弱黏结岩层容易发生滑动和离层,进而引发灾害。为了检验自主开发的势接触连续-非连续方法中的无黏结叠梁模型并深入了解其破坏后的力学行为,针对三点弯双层叠梁开展研究,并考察了势接触力求解中法向刚度系数的影响。通过将两个岩层叠合在一起建立叠梁模型,二者发生嵌入,因而存在相互作用的势接触力。通过改变单梁叠放顺序,分别形成了上砂岩下泥岩叠梁和上泥岩下砂岩叠梁。除了考察了载荷-位移曲线、最大主应力云图,还考察了裂纹区段数目的演化规律,以深化对叠梁复杂力学行为的理解。研究结果表明:(1)双层叠梁的载荷-位移曲线能与有关的实验结果吻合。(2)上泥岩下砂岩叠梁的各单梁裂缝出现时刻晚于上砂岩下泥岩叠梁的;前者的第1次硬化和第1次软化阶段比后者的长;前者的第2次硬化阶段不如后者的明显;前者的第2次软化阶段不如后者的明显,呈明显脆性。(3)对于上硬下软叠梁,随着法向刚度系数的减小,第1和第2峰值载荷对应的位移均增大。(4)对于上软下硬叠梁,随着法向刚度系数的减小,载荷-位移曲线由双峰或多峰向单峰转变。 展开更多
关键词 弱黏结 三点弯 叠梁 开裂过程 势接触 连续非连续方法
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基于CDEM的页岩甲烷原位燃爆压裂数值模拟 被引量:5
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作者 王继伟 曲占庆 +3 位作者 郭天魁 陈铭 吕明锟 王旭东 《中国石油大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期106-115,共10页
甲烷原位燃爆压裂是一种利用原位解析的甲烷气体作为爆源的页岩气储层改造方法。基于连续-非连续单元法(CDEM),结合朗道爆源模型和线弹性拉剪复合断裂本构建立甲烷燃爆压裂数值模型。针对页岩气储层开展直井甲烷燃爆压裂数值模拟,分析... 甲烷原位燃爆压裂是一种利用原位解析的甲烷气体作为爆源的页岩气储层改造方法。基于连续-非连续单元法(CDEM),结合朗道爆源模型和线弹性拉剪复合断裂本构建立甲烷燃爆压裂数值模型。针对页岩气储层开展直井甲烷燃爆压裂数值模拟,分析燃爆峰值压力、增压速率、初始最小主应力、应力差以及天然裂缝参数对燃爆裂缝扩展的影响。结果表明:甲烷燃爆压裂在井周形成复杂裂缝,随着峰值压力和增压速率的增大以及初始最小主应力的减小,燃爆裂缝扩展范围会增加,其中峰值压力的影响最显著;在应力差的影响下燃爆裂缝范围偏向最大主应力方向,且应力差越大这种偏差越明显;天然裂缝能够增强燃爆压裂效果,其分布密度越大、缝长越长、与最大主应力方向夹角越小,燃爆裂缝扩展范围越大。 展开更多
关键词 页岩气 燃爆压裂 连续-非连续单元法 数值模拟 天然裂缝 裂缝扩展
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基于颗粒单元接触的二维离散-连续耦合分析方法 被引量:32
5
作者 周健 邓益兵 +1 位作者 贾敏才 王家全 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期1479-1484,共6页
结合离散单元法与有限差分法发展了离散–连续耦合分析方法。在中心区域采用离散元分析,其周围区域采用有限差分法分析。采用离散元中颗粒接触计算模型计算离散–连续交界面处的颗粒与单元相互接触作用,在连续单元中接触点速度按型函数... 结合离散单元法与有限差分法发展了离散–连续耦合分析方法。在中心区域采用离散元分析,其周围区域采用有限差分法分析。采用离散元中颗粒接触计算模型计算离散–连续交界面处的颗粒与单元相互接触作用,在连续单元中接触点速度按型函数对交界面处的节点速度进行插值,将与颗粒的接触力按权值函数分配到交界面节点上。通过PFC和FLAC的Socket I/O接口,实现二维离散–连续耦合分析,并通过对二维算例分析,表明了该耦合分析方法的有效性。 展开更多
关键词 离散单元法 有限差分法 离散–连续耦合 细观力学
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基于连续-非连续单元方法的露天矿三维台阶爆破全过程数值模拟 被引量:33
6
作者 冯春 李世海 +2 位作者 郑炳旭 崔晓荣 贾建军 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期107-117,共11页
爆破开采是露天矿采选总成本控制的首要环节,数值模拟是进行露天矿爆破开采优化设计及爆破效果分析的有效手段。利用连续-非连续单元方法(continuum-discontinuum element method,CDEM)对露天矿的三维台阶爆破过程进行了模拟,通过朗道... 爆破开采是露天矿采选总成本控制的首要环节,数值模拟是进行露天矿爆破开采优化设计及爆破效果分析的有效手段。利用连续-非连续单元方法(continuum-discontinuum element method,CDEM)对露天矿的三维台阶爆破过程进行了模拟,通过朗道爆炸模型实现了爆炸作用力的精确计算,通过弹性-损伤-断裂本构实现了岩体损伤破裂过程的描述,通过半弹簧-目标面及半棱-目标棱的联合接触算法实现了破碎岩块碰撞、飞散及堆积过程的高效模拟。开展了小尺度单自由面爆破过程的数值模拟,计算给出的块度分布曲线、爆破漏斗体积等参数与文献中模型实验的结果基本一致,证明了CDEM及本文所述各类模型在模拟爆炸破岩方面的精确性。以鞍千矿南采区的露天铁矿爆破开采为研究对象,建立了3排21炮孔的三维台阶爆破概化模型,模拟了从炸药起爆、岩体损伤破裂到最后爆堆形成的全过程;计算结果表明,除后缘拉裂槽外,数值计算给出的爆堆形态、顶部鼓起高度等与现场的测试结果基本一致,证明了利用CDEM开展三维露天台阶爆破全过程模拟的可行性。 展开更多
关键词 三维台阶爆破 连续-非连续单元方法 损伤断裂 接触检测 露天矿 爆破开采
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基于三维离散-连续耦合方法的堤防工程渗透变形数值模拟方法 被引量:13
7
作者 倪小东 朱春明 王媛 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第S1期159-165,共7页
针对单独采用连续体法或离散元法分析堤防工程渗透变形的不足,提出了一种三维离散–连续耦合方案用于开展渗流应力耦合分析。采用有限差分法(FLAC)分析全域渗流场,采用离散单元法(PFC)进行渗透变形关键区细观力学分析,依托于ITASCA系列... 针对单独采用连续体法或离散元法分析堤防工程渗透变形的不足,提出了一种三维离散–连续耦合方案用于开展渗流应力耦合分析。采用有限差分法(FLAC)分析全域渗流场,采用离散单元法(PFC)进行渗透变形关键区细观力学分析,依托于ITASCA系列软件的Socket I/O接口,进行二次开发,实现程序间关键信息动态实时交换。首先通过算例验证了该方法的有效性,随后结合相似准则,建立堤防离散-连续耦合模型,对堤防渗透变形问题进行分析,通过对薄弱区复杂水土相互作用进行实时跟踪,可以揭示渗透变形发展过程中系统几何特性和水力特性的非线性动态变化过程和相互影响特性。研究成果表明该三维耦合模型将对大型涉水岩土工程渗透破坏细观研究具有积极的促进作用。 展开更多
关键词 渗透变形 离散-连续耦合分析 宏细观 渗透系数
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软土地基加筋土挡墙二维离散-连续耦合模拟 被引量:5
8
作者 陈建峰 郑希 +1 位作者 李辉利 周健 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第S2期33-36,共4页
本文对一软土地基上土工格栅反包直立墙面加筋土挡墙进行数值模拟,挡墙部分采用离散元模拟分析,软土地基部分采用有限差分法模拟分析。通过PFC和FLAC的Socket I/O接口,实现二维离散-连续耦合分析。采用该离散-连续耦合方法对静载下加筋... 本文对一软土地基上土工格栅反包直立墙面加筋土挡墙进行数值模拟,挡墙部分采用离散元模拟分析,软土地基部分采用有限差分法模拟分析。通过PFC和FLAC的Socket I/O接口,实现二维离散-连续耦合分析。采用该离散-连续耦合方法对静载下加筋土挡墙的变形、颗粒位移场、土压力分布进行细观分析,并与相似比例模型试验实测结果进行比较,数值模拟结果与实测结果比较一致,表明该耦合分析方法是合理的。 展开更多
关键词 软土地基 加筋土挡墙 离散-连续耦合 模型试验
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三维简单变形体离散元方法 被引量:6
9
作者 张冲 金峰 侯艳丽 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期159-163,共5页
针对小应变、大位移和大转动的块体系统提出了三维简单变形体离散元数值模型(3SDEM)。首先基于牛顿定理推导出了包含块体刚体运动和变形的整体运动和变形方程,同时提出了在小变形条件下,块体的运动和变形可分解为块体刚体运动和变形的叠... 针对小应变、大位移和大转动的块体系统提出了三维简单变形体离散元数值模型(3SDEM)。首先基于牛顿定理推导出了包含块体刚体运动和变形的整体运动和变形方程,同时提出了在小变形条件下,块体的运动和变形可分解为块体刚体运动和变形的叠加,从而分别推导出基于刚体平移、转动和变形的方程。此外针对块体的变形,3SDEM选取了几组简单的变形模态,将块体的变形用选定的变形模态来表示,并给出了各个变形模态互相解耦的条件。本模型采用了显式的时步步进的求解格式,因此是一种模拟不连续介质力学行为的有效数值分析方法,尤其适用于求解非连续、大变形以及动力问题。该模型克服了三维复杂变形体离散元(3DEC)需要对块体内部细分网格导致计算量急剧上升的缺点,具有高效、仿真和可变形的特点。算例表明:这种数值模型能够给出合理的结果,并具有良好数值稳定性。 展开更多
关键词 离散元(DEC) 非连续 数值方法 大变形
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工程接触问题数值分析方法 被引量:15
10
作者 姜育松 苏超 《水力发电》 北大核心 2010年第4期75-78,94,共5页
工程接触问题的正确求解意义重大,又极具挑战性。近几十年来,随着计算机技术和计算方法的发展,不断涌现出各种各样的接触问题数值分析方法,精确有效地解决复杂的实际接触问题成为可能。以应用和继续研究为目的,分别从接触力学和不连续... 工程接触问题的正确求解意义重大,又极具挑战性。近几十年来,随着计算机技术和计算方法的发展,不断涌现出各种各样的接触问题数值分析方法,精确有效地解决复杂的实际接触问题成为可能。以应用和继续研究为目的,分别从接触力学和不连续介质力学的角度对工程接触问题的多种数值分析方法进行了分类,对其基本原理和特点进行分析,就不同方法的求解效率、精度、收敛性、适应性等作了比较。分析认为,在目前不存在通用的求解接触问题方法的前提下,多数方法都有继续深入完善的必要,并就此提出了几点建议。 展开更多
关键词 工程接触问题 接触力学 不连续介质力学 数值分析方法
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大跨度岩体隧道工程块体滑落的概率分析 被引量:6
11
作者 许研 王述红 朱浮声 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第6期593-596,共4页
介绍了块体理论,在沈阳至大连高速公路韩家岭隧道工程岩体结构面的观测和调研的基础上,引入概率理论对被节理切割的岩体中关键块进行了分析,推导了概率分析模型,从而使原来的一些关键块体转化为稳定块体,使滑落块体的数量更接近实际工程... 介绍了块体理论,在沈阳至大连高速公路韩家岭隧道工程岩体结构面的观测和调研的基础上,引入概率理论对被节理切割的岩体中关键块进行了分析,推导了概率分析模型,从而使原来的一些关键块体转化为稳定块体,使滑落块体的数量更接近实际工程,并应用于韩家岭隧道工程稳定性分析中·初步结果表明,块体理论适用于像韩家岭大跨度隧道工程等局部围岩稳定性分析问题,大跨度岩体工程的稳定性主要取决于结构面的产状和物理力学性质,以及临空面的几何形态,提出的概率分析理论符合工程实际· 展开更多
关键词 岩体结构面 关键块体 概率分析 大跨度 低应力浅埋隧道 岩体不连续面
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有限—离散杂交元岩石爆破漏斗数值模拟研究 被引量:4
12
作者 安华明 LIU H-Y +2 位作者 汪旭光 施建俊 王辉 《爆破》 CSCD 北大核心 2016年第4期1-8,21,共9页
为了验证有限—离散杂交元模拟岩石爆破结果的真实性、可靠性,对岩石爆破漏斗产生过程进行了数值模拟。采用联合单一与弥散裂纹模型实现从有限元模拟到离散元模拟的转化,应用等截面管道模型模拟爆破气体对裂缝的扩张作用。模拟结果表明... 为了验证有限—离散杂交元模拟岩石爆破结果的真实性、可靠性,对岩石爆破漏斗产生过程进行了数值模拟。采用联合单一与弥散裂纹模型实现从有限元模拟到离散元模拟的转化,应用等截面管道模型模拟爆破气体对裂缝的扩张作用。模拟结果表明:有限—离散杂交元能够模拟出岩石爆破中应力波的产生、传播及在自由面反射的整个过程,能够再现岩石破碎的产生、裂隙的扩展及碎石的抛掷过程。模拟出的岩石爆破的主要分区,即破碎区、裂隙区、和弹性区,与理论研究相符,监测点的应力时程曲线与文献中的结果具用相同特征。因此有限—离散杂交元能够模拟出爆破漏斗产生的整个动态过程,为岩石爆破理论的研究提供了新的手段。 展开更多
关键词 有限—离散杂交元 连续到不连续转化 爆破漏斗 自由面 岩石爆破 破裂破碎
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探索生态水利工程学 被引量:75
13
作者 董哲仁 《中国工程科学》 2007年第1期1-7,共7页
人类社会与生态系统对于河流都具有高度的依赖性,人类应该与生态系统共享水资源。水利工程是对河流生态系统的胁迫因子之一。需要建立新的准则和开发新的技术方法,使水利工程在满足人类社会需求的同时,兼顾河流生态系统健康和可持续性... 人类社会与生态系统对于河流都具有高度的依赖性,人类应该与生态系统共享水资源。水利工程是对河流生态系统的胁迫因子之一。需要建立新的准则和开发新的技术方法,使水利工程在满足人类社会需求的同时,兼顾河流生态系统健康和可持续性的需求,构建与生态友好的水利工程技术体系。 展开更多
关键词 生态 水利工程学 胁迫 非连续化 异质性 反馈式设计
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基于两种数值模拟方法的围岩脆性破坏特征对比分析 被引量:2
14
作者 马冰 王学滨 田锋 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3440-3450,共11页
围岩脆性破坏是一种常见的破坏形式。不同数值方法模拟的结果往往不同。因此,有必要研究不同方法对于模拟围岩脆性破坏特征的适用性。首先,在连续方法中,推导了改进应力跌落模型中残余应力的计算公式,解除了传统应力跌落模型中强度参数... 围岩脆性破坏是一种常见的破坏形式。不同数值方法模拟的结果往往不同。因此,有必要研究不同方法对于模拟围岩脆性破坏特征的适用性。首先,在连续方法中,推导了改进应力跌落模型中残余应力的计算公式,解除了传统应力跌落模型中强度参数变化量的关联性,并通过模拟单轴压缩试验进行了验证。然后,采用连续方法(方法 1)及连续-非连续方法(方法 2)模拟了静水压力条件下圆形隧道围岩脆性破坏特征。最后,以太平驿隧道为工程背景,采用两种方法模拟了非静水压力条件下围岩的脆性破坏特征。研究发现,在静水压力条件下,采用两种方法均可获得与现场观测或室内试验类似的结果,但采用方法 1获得的破坏区范围更大。在非静水压力条件下,虽然方法 1的结果与太平驿隧道围岩脆性破坏的现场观测结果有相似之处,但方法 2的结果与现场观测结果更为接近。上述结果可能是由于在方法 1中,围岩破坏后仍为连续介质,有利于岩块之间的应力传递,从而利于破坏区的发展;在方法 2中,围岩开裂后转变为非连续介质,接触力和摩擦力反映了岩块之间的相互作用,消耗了系统能量,从而限制了开裂区的发展。 展开更多
关键词 脆性破坏 应力跌落 连续方法 连续-非连续方法 接触力 摩擦力
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刚/柔性组合墙面加筋土挡墙内部破坏机制 被引量:13
15
作者 陈建峰 田丹 柳军修 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期2353-2360,共8页
基于离心模型试验成果,建立软土地基刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离散-连续耦合数值模型,采用离散单元颗粒流程序PFC和有限差分程序FLAC分别模拟加筋土挡墙和软土地基,分析挡墙的变形、筋材拉力分布及内部破坏演化过程,并与刚性地基上挡... 基于离心模型试验成果,建立软土地基刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离散-连续耦合数值模型,采用离散单元颗粒流程序PFC和有限差分程序FLAC分别模拟加筋土挡墙和软土地基,分析挡墙的变形、筋材拉力分布及内部破坏演化过程,并与刚性地基上挡墙情况进行比较,以探讨刚/柔性组合墙面加筋土挡墙的内部破坏机制。研究结果表明,数值模型计算结果与离心模型试验结果吻合,其内部潜在破坏面经过连接件锚固端位置,各层筋材拉力均在连接件锚固端位置最大;软土地基上挡墙和刚性地基上挡墙的内部破坏面均一致,且筋材均由下而上依次断裂;软土地基上挡墙内部破坏面与地基圆弧滑移面贯通,为复合滑动模式,而刚性地基上挡墙整体破坏模式为折线型,连接件埋深范围内加筋体沿其底部连接件水平滑出。 展开更多
关键词 加筋土挡墙 刚/柔性组合墙面 内部稳定性 离散-连续耦合 离心模型试验
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卸荷时间对圆形巷道围岩开裂及径向应力波传播影响的数值模拟 被引量:2
16
作者 马冰 王学滨 白雪元 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2019年第1期98-105,116,共9页
采用提出的连续-非连续方法,研究了卸荷时间(卸荷快慢)对圆形巷道围岩开裂、径向应力波传播及围岩径向应力随时间演变规律的影响。该方法借鉴了拉格朗日元法、变形体离散元法及虚拟裂纹模型的思想。首先,研究了卸荷时间对围岩开裂的影响... 采用提出的连续-非连续方法,研究了卸荷时间(卸荷快慢)对圆形巷道围岩开裂、径向应力波传播及围岩径向应力随时间演变规律的影响。该方法借鉴了拉格朗日元法、变形体离散元法及虚拟裂纹模型的思想。首先,研究了卸荷时间对围岩开裂的影响;然后,研究了卸荷时间对径向应力波传播的影响;最后,研究了卸荷时间对围岩径向应力随时间演变规律的影响。结果表明:卸荷越快,围岩中产生的裂纹越多,最大不平衡力越大,波动越剧烈。增加卸荷时间,开挖边界附近的开裂位置由连续分布向间隔分布转变:当卸荷时间较短时,开挖边界附近围岩呈现连续分布的开裂形态,与这些位置的最大主应力均超过抗拉强度引起拉裂有关;当卸荷时间适中时,围岩呈现出与V形坑类似的开裂形态,可能与这些位置存在剪应力有关。卸荷越快,处于扰动区(径向压应力下降区)内的应力环越多,越清晰,围岩径向应力波动越剧烈,所达到的最大径向拉应力越大或最小径向压应力越小。 展开更多
关键词 连续-非连续 开裂 卸荷时间 径向应力波 圆形巷道围岩 数值模拟
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不连续介质力学分析的块体-夹层模型 被引量:8
17
作者 张雄 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1997年第3期323-331,共9页
基于岩体等不连续介质的实际结构特征,利用约束变分原理,建立了可同时用于不连续介质和连续介质力学分析的块体夹层模型.该方法利用拉格朗日乘子法和罚函数法把单元间的连续条件作为约束条件引入泛函中,把不连续介质问题和连续介... 基于岩体等不连续介质的实际结构特征,利用约束变分原理,建立了可同时用于不连续介质和连续介质力学分析的块体夹层模型.该方法利用拉格朗日乘子法和罚函数法把单元间的连续条件作为约束条件引入泛函中,把不连续介质问题和连续介质问题统一处理,既能方便地求解连续介质力学问题,更重要的是能方便地处理不连续介质力学问题,如岩体结构.由块体夹层模型可导出刚性有限元和弹性有限元(常应变元)的列式。 展开更多
关键词 块体-夹层模型 岩土工程 不连续介质力学
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Numerical manifold method modeling of coupled processes in fractured geological media at multiple scales 被引量:4
18
作者 Mengsu Hu Jonny Rutqvist 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2020年第4期667-681,共15页
The greatest challenges of rigorously modeling coupled hydro-mechanical(HM)processes in fractured geological media at different scales are associated with computational geometry.These challenges include dynamic sheari... The greatest challenges of rigorously modeling coupled hydro-mechanical(HM)processes in fractured geological media at different scales are associated with computational geometry.These challenges include dynamic shearing and opening of intersecting fractures at discrete fracture scales as a result of coupled processes,and contact alteration along rough fracture surfaces that triggers structural and physical changes of fractures at micro-asperity scale.In this paper,these challenges are tackled by developing a comprehensive modeling approach for coupled processes in fractured geological media based on numerical manifold method(NMM)at multiple scales.Based on their distinct geometric features,fractures are categorized into three different scales:dominant fracture,discrete fracture,and discontinuum asperity scales.Here the scale is relative,that of the fracture relative to that of the research interest or domain.Different geometric representations of fractures at different scales are used,and different governing equations and constitutive relationships are applied.For dominant fractures,a finite thickness zone model is developed to treat a fracture as a porous nonlinear domain.Nonlinear fracture mechanical behavior is accurately modeled with an implicit approach based on strain energy.For discrete fractures,a zero-dimensional model was developed for analyzing fluid flow and mechanics in fractures that are geometrically treated as boundaries of the rock matrix.With the zero-dimensional model,these fractures can be modeled with arbitrary orientations and intersections.They can be fluid conduits or seals,and can be open,bonded or sliding.For the discontinuum asperity scale,the geometry of rough fracture surfaces is explicitly represented and contacts involving dynamic alteration of contacts among asperities are rigorously calculated.Using this approach,fracture alteration caused by deformation,re-arrangement and sliding of rough surfaces can be captured.Our comprehensive model is able to handle the computational challenges with accurate representation of intersections and shearing of fractures at the discrete fracture scale and rigorously treats contacts along rough fracture surfaces at the discontinuum asperity scale.With future development of three-dimensional(3D)geometric representation of discrete fracture networks in porous rock and contacts among multi-body systems,this model is promising as a basis of 3D fully coupled analysis of fractures at multiple scales,for advancing understanding and optimizing energy recovery and storage in fractured geological media. 展开更多
关键词 Dominant fractures Discrete fractures discontinuum asperity scale Coupled processes Numerical manifold method(NMM)
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Geomechanical modeling of CO2 geological storage:A review 被引量:2
19
作者 Pengzhi Pan Zhenhua Wu +1 位作者 Xiating Feng Fei Yan 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2016年第6期936-947,共12页
This paper focuses on the progress in geomechanical modeling associated with carbon dioxide(CO2)geological storage.The detailed review of some geomechanical aspects,including numerical methods,stress analysis,ground d... This paper focuses on the progress in geomechanical modeling associated with carbon dioxide(CO2)geological storage.The detailed review of some geomechanical aspects,including numerical methods,stress analysis,ground deformation,fault reactivation,induced seismicity and crack propagation,is presented.It is indicated that although all the processes involved are not fully understood,integration of all available data,such as ground survey,geological conditions,microseismicity and ground level deformation,has led to many new insights into the rock mechanical response to CO2injection.The review also shows that in geomechanical modeling,continuum modeling methods are predominant compared with discontinuum methods.It is recommended to develop continuum-discontinuum numerical methods since they are more convenient for geomechanical modeling of CO2geological storage,especially for fracture propagation simulation.The Mohr-Coulomb criterion is widely used in prediction of rock mass mechanical behavior.It would be better to use a criterion considering the effect of the intermediate principal stress on rock mechanical behavior,especially for the stability analysis of deeply seated rock engineering.Some challenges related to geomechanical modeling of CO2geological storage are also discussed. 展开更多
关键词 Geomechanical modeling Carbon dioxide(CO_2) geological storage Continuum numerical method Continuum-discontinuum numerical method Fault representation Fault reactivation Fracture propagation Induced seismicity
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三维模态变形体离散元方法
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作者 张冲 金峰 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第10期1536-1543,共8页
本文针对小应变、大位移和大转动的块体系统建立了三维模态变形体离散元数值模型(3MDEM)。首先推导了包含块体刚体运动和变形的整体运动和变形方程,同时提出了在小变形条件下,变形块体的运动可以分解为块体刚体运动和变形的叠加,从而分... 本文针对小应变、大位移和大转动的块体系统建立了三维模态变形体离散元数值模型(3MDEM)。首先推导了包含块体刚体运动和变形的整体运动和变形方程,同时提出了在小变形条件下,变形块体的运动可以分解为块体刚体运动和变形的叠加,从而分别推导出刚体平移、转动和变形的方程,并用变形模态分解块体的变形模式。和一般的离散元方法相同,本文模型也采用了显式的时步步进求解格式,适用于求解非连续、大变形及动力问题。该模型克服了三维变形体离散元(3DEM)需要对块体内部细分网格导致计算量急剧上升的缺点,具有高效、仿真和可变形的特点。一系列算例表明:本文模型在小变形以及连续介质力学领域可以给出和有限元相媲美的应力和位移结果,而在大变形、大位移的强非线性领域可以给出与3DEM相媲美的计算结果,并具有良好的数值稳定性。 展开更多
关键词 离散元(DEM) 非连续 数值方法 大变形
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