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基于Weibull分布的非均质隧洞围岩破裂碎胀FDEM数值模拟研究 被引量:1
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作者 邓鹏海 刘泉声 黄兴 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期40-59,共20页
岩石材料具有非均质特征,矿物颗粒和胶结材料强度在统计学上服从Weibull分布。基于有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)提出了三角形单元弹性模量和四边形节理单元强度服从Weibull分布的参数赋值流程,随后研究了非均质岩样在单轴压缩... 岩石材料具有非均质特征,矿物颗粒和胶结材料强度在统计学上服从Weibull分布。基于有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)提出了三角形单元弹性模量和四边形节理单元强度服从Weibull分布的参数赋值流程,随后研究了非均质岩样在单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂下的力学特征和破坏行为,最后对非均质隧洞围岩在高应力下的破裂碎胀大变形机制进行了模拟研究。结果表明:提出的随机参数赋值方法可建立不同弹性模量三角形单元数目服从Weibull分布、且空间分布具有随机性的FDEM数值模型;非均质岩样单轴抗压强度、三轴抗压强度、巴西劈裂抗拉强度、等效粘聚力和等效内摩擦角随着非均质度m的增大,均呈指数增大,并向均质材料逼近;高应力非均质隧洞围岩随着m的增大,裂隙网络形态变化不大,均以共轭剪切破裂为主,并伴随少量拉伸裂隙,但围岩破坏程度和裂隙扩展范围呈指数降低。 展开更多
关键词 非均质岩体 WEIBULL分布 fdem 破裂碎胀变形 非均质度 隧洞围岩
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河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙-涌水量时空演化的FDEM-CFD耦合分析
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作者 杨泽斌 李浩 +1 位作者 马立强 麦龙泉 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期176-184,共9页
河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙分布与涌水量是工作面安全生产的决定性因素之一。数值模拟是二者重要预测方法,其合理性的关键在于建立岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的模拟方法。以路家村矿15404工作面为研究背景,构建拉/剪应力下非贯... 河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙分布与涌水量是工作面安全生产的决定性因素之一。数值模拟是二者重要预测方法,其合理性的关键在于建立岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的模拟方法。以路家村矿15404工作面为研究背景,构建拉/剪应力下非贯通裂隙开裂、贯通裂隙的法向与切向本构关系,并基于二相流质量守恒、动量守恒与状态方程,结合增强的浸没边界算法识别流-固界面,通过流体体积法实现裂隙内流体自由面的追踪和重构。在此基础上形成FDEM-CFD河下采煤覆岩裂隙与涌水量预测数值模型耦合程序,通过相邻工作面地面钻孔冲洗液消耗量观测法验证导水裂隙带发育高度,以及采用大井法理论对涌水量结果进行对比。结果表明:采动岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的FDEM-CFD程序,可数值实现河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙形成,以及裂隙内流体运移过程。当工作面推进至80~120 m时覆岩内形成贯通地表的导水裂隙。招山河水的主要下泄路径为工作面后方8~20 m位置处的导水裂隙,其斜向采空区、倾角65°~72°。模拟所得采空区涌水量为18.78 m^(3)/h,与大井法计算结果接近。上述成果在路家村矿区得到初步应用,为进一步开展河下浅埋厚煤层防治水工程提供理论支撑。 展开更多
关键词 河下浅埋煤层 覆岩裂隙 涌水量 本构模型 fdem-CFD耦合
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岩石类材料直接拉伸破坏的FDEM数值模拟
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作者 徐浩然 刘平 +4 位作者 刘泉声 曹学 黄兴 罗鑫 邓鹏海 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3416-3425,共10页
有限元-离散元耦合算法(FDEM)在岩石裂纹扩展模拟中广泛应用,尤其在直接拉伸模拟中用于参数校核。然而,模拟结果通常受到拉伸速率和网格尺寸的影响。本文首先阐述FDEM基本原理;然后,建立直接拉伸数值计算模型,探究拉伸速率、网格尺寸及... 有限元-离散元耦合算法(FDEM)在岩石裂纹扩展模拟中广泛应用,尤其在直接拉伸模拟中用于参数校核。然而,模拟结果通常受到拉伸速率和网格尺寸的影响。本文首先阐述FDEM基本原理;然后,建立直接拉伸数值计算模型,探究拉伸速率、网格尺寸及高径比对破坏模式和力学参数的影响;最后,给出直接拉伸模拟中建议采用的拉伸速率和网格尺寸。研究结果表明:随着拉伸速率增加,试样抗拉强度、破坏程度和峰值应变率增加,而平均弹性模量减小;在较低拉伸速率下(v≤0.01 m/s),试样仅产生1条主拉伸裂缝;当拉伸速率较高时,有分支裂缝出现在主拉伸裂缝上侧。网格尺寸对抗拉强度、峰值应变率和平均弹性模量的影响较小,但对破坏模式和破坏程度的影响较显著。随着高径比增加,试样的抗拉强度、破坏程度和峰值应变率增大,但平均弹性模量呈相反趋势,并且高径比对破坏程度的影响较为显著。建议在直接拉伸模拟中使用0.01 m/s的拉伸速率,并将网格尺寸限制在1.5 mm以内。 展开更多
关键词 直接拉伸模拟 有限元-离散元耦合算法 拉伸速率 网格尺寸 高径比
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A new thermomechanical coupled FDEM model for geomaterials considering continuum-discontinuum transitions
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作者 Zihan Liu Louis Ngai Yuen Wong 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第11期4654-4668,共15页
A new thermomechanical(TM)coupled finite-discrete element method(FDEM)model,incorporating heat conduction,thermal cracking,and contact heat transfer,has been proposed for both continuous and discontinuous geomaterials... A new thermomechanical(TM)coupled finite-discrete element method(FDEM)model,incorporating heat conduction,thermal cracking,and contact heat transfer,has been proposed for both continuous and discontinuous geomaterials.This model incorporates a heat conduction model that can accurately calculate the thermal field in continuousediscontinuous transition processes within a finite element framework.A modified contact heat transfer model is also included,which accounts for the entire contact area of discrete bodies.To align with the finite strain theory utilized in the FDEM mechanics module,the TM coupling module in the model is based on the multiplicative decomposition of the deformation gradient.The proposed model has been applied to various scenarios,including heat conduction in both continuous and discontinuous media during transient states,thermal-induced strain and stress,and thermal cracking conditions.The thermal field calculation model and the TM coupling model have been validated by comparing the numerical results with experiment findings and analytical solutions.These numerical cases demonstrate the reliability of the proposed model convincingly,making it suitable for use across a wide range of continuous and discontinuous media. 展开更多
关键词 Finite-discrete element method(fdem) Thermomechanical(TM)coupling Thermal cracking Contact heat transfer GEOMATERIALS
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A coupled cryogenic thermo-hydro-mechanical model for frozen medium:Theory and implementation in FDEM
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作者 Lei Sun Xuhai Tang +3 位作者 Kareem Ramzy Aboayanah Qi Zhao Quansheng Liu Giovanni Grasselli 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第11期4335-4353,共19页
This paper presents the development of a coupled modeling approach to simulate cryogenic thermo-hydro-mechanical(THM)processes associated with a freezing medium,which is then implemented in the combined finite-discret... This paper presents the development of a coupled modeling approach to simulate cryogenic thermo-hydro-mechanical(THM)processes associated with a freezing medium,which is then implemented in the combined finite-discrete element method code(FDEM)for multi-physics simulation.The governing equations are deduced based on energy and mass conservation,and static equilibrium equations,considering water/ice phase change,where the strong couplings between multi-fields are supplemented by critical coupling parameters(e.g.unfrozen water content,permeability,and thermal conductivity).The proposed model is validated against laboratory and field experiments.Results show that the cryogenic THM model can well predict the evolution of strongly coupled processes observed in frozen media(e.g.heat transfer,water migration,and frost heave deformation),while also capturing,as emergent properties of the model,important phenomena(e.g.latent heat,cryogenic suction,ice expansion and distinct three-zone distribution)caused by water/ice phase change at laboratory and field scales,which are difficult to be all revealed by existing THM models.The novel modeling framework presents a gateway to further understanding and predicting the multi-physical coupling behavior of frozen media in cold regions. 展开更多
关键词 Thermo-hydro-mechanical(THM)coupling Low temperature Heat transfer Water migration Frost heave Combined finite-discrete element method(fdem)
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基于精确缩尺和粗粒化的颗粒材料FDEM模拟方法
6
作者 汪泾周 马刚 +3 位作者 赵婷婷 张文宇 胡锦方 周伟 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2371-2379,共9页
颗粒材料具有非连续、离散性等特征,在进行数值模拟时面临着较大的计算压力。通过将精确缩尺准则和粗粒化方法引入到连续-离散耦合(combined finite-discrete element method,FDEM)方法中,旨在为加速基于FDEM的颗粒材料数值模拟提供一... 颗粒材料具有非连续、离散性等特征,在进行数值模拟时面临着较大的计算压力。通过将精确缩尺准则和粗粒化方法引入到连续-离散耦合(combined finite-discrete element method,FDEM)方法中,旨在为加速基于FDEM的颗粒材料数值模拟提供一种解决方案。基于精确缩尺和粗粒化等理论,推导了FDEM中应遵循的精确缩尺准则,在此基础上分别进行了等粒径颗粒体系及二元颗粒体系的三轴剪切数值试验。试验结果表明,在未引入精确缩尺准则时,粗粒化模型表现的力学响应特征会发生改变,结果出现失真,因此必须对粗粒化模型参数进行修正。引入精确缩尺准则后,粗粒化模型的力学响应特征会得到补正。试验结果论证了FDEM引入精确缩尺准则和粗粒化方法的有效性,即能在近似原始颗粒体系的条件下大幅度提升采用FDEM进行颗粒材料数值模拟的计算效率。基于数值试验结果进行了宏细观力学分析,宏观应力变形和细观接触力相互映证,揭示了精确缩尺和粗粒化方法的细观力学机理。 展开更多
关键词 颗粒材料 连续-离散耦合分析方法 精确缩尺 粗粒化 计算效率
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基于FDEM的围压条件下机械冲击破岩机理研究 被引量:2
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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 被引量:1
8
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的岩石颗粒破碎后碎片形状的统计分析 被引量:11
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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的戒台寺古滑体开裂破坏过程数值模拟 被引量:8
10
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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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:52
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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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基于FDEM的混凝土开裂破坏过程的数值模拟 被引量:3
12
作者 孙秋荣 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2021年第7期192-199,共8页
为了研究混凝土在轴向应力作用下的微裂纹萌生扩展过程和位移场、应力场的变化,采用有限-离散元法(Combined finite-discrete element method, FDEM)进行混凝土数值模型重构,生成了结构上含多边形随机骨料、砂浆和界面过渡区三相物质的... 为了研究混凝土在轴向应力作用下的微裂纹萌生扩展过程和位移场、应力场的变化,采用有限-离散元法(Combined finite-discrete element method, FDEM)进行混凝土数值模型重构,生成了结构上含多边形随机骨料、砂浆和界面过渡区三相物质的数值模型。主要结论如下:(1)有限-离散元法可以很好地模拟混凝土在外部轴向荷载下开裂的全过程,包括微裂纹萌生、扩展、贯通等过程。(2)由骨料、砂浆和两者之间的界面过渡区造成的力学参数非均质性和混凝土内部结构的非均质性共同造成了混凝土位移场和应力场分布的不均匀性。且界面过渡区由于力学参数较为薄弱,最易萌生微裂纹,首先产生破坏。(3)非均质性会影响混凝土的局部应力场分布,造成应力集中现象。(4)FDEM能够较好地模拟高性能混凝土的拉压比(0.064),为更进一步模拟大尺度混凝土建筑物的工程特性打下良好的基础。 展开更多
关键词 fdem 混凝土 内聚力模型 数值模拟 细观破坏
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用FDEM法探测深埋油汽管道方法技术的分析与思考——兼述采用“特征点法”推断解释的局限性 被引量:2
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作者 鲁永康 杨宇山 +3 位作者 鲁星 黄玉金 宋俊磊 孟永良 《办公自动化》 2014年第S1期150-153,共4页
本文通过对两条深埋的输送着易燃易爆危险物品管道的探测实例,简述了FDEM法探测地下管线的理论与方法技术,结合实际工作中遇到的困难,有针对性地采用了一系列技术措施,提高了广义信号噪声比(S/N)。从而为采集到高质量数据奠定了基础,第... 本文通过对两条深埋的输送着易燃易爆危险物品管道的探测实例,简述了FDEM法探测地下管线的理论与方法技术,结合实际工作中遇到的困难,有针对性地采用了一系列技术措施,提高了广义信号噪声比(S/N)。从而为采集到高质量数据奠定了基础,第5节中利用计算机软件反演技术进行了推断解释,得到了良好的拟合精度,还进一步将利用"特征点法"与软件拟合反演技术对比,用事实说明采用软件拟合反演方法的先进性及优越性。 展开更多
关键词 11·22”事故 fdem 地下管线 特征点 拟合反演
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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
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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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基于FDEM-flow的多孔水力压裂模拟 被引量:4
15
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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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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模拟水压致裂的另一种二维FDEM-flow方法 被引量:15
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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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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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FDEM-TM方法模拟岩石热破裂 被引量:7
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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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