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基于2D-FDEM的海冰动态冰力学特性数值模拟
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作者 詹成胜 赵鸿儒 +1 位作者 轩慎宇 刘祖源 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2025年第5期1007-1011,共5页
采用二维有限离散元法(FDEM)模拟海冰的巴西劈裂试验,通过对巴西劈裂试验模拟,研究了冰试件的断裂破坏模式、力学响应及其与加载速度的关系.结果表明:随着加载速率的增加,在巴西劈裂试验中,试件的破坏形态无明显差异.此外,随着加载速率... 采用二维有限离散元法(FDEM)模拟海冰的巴西劈裂试验,通过对巴西劈裂试验模拟,研究了冰试件的断裂破坏模式、力学响应及其与加载速度的关系.结果表明:随着加载速率的增加,在巴西劈裂试验中,试件的破坏形态无明显差异.此外,随着加载速率的增大,最大加载载荷有比较大的差异. 展开更多
关键词 冰力学 巴西劈裂 fdem 动态加载 断裂破坏模式
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基于FDEM数值模拟的土石混合体力学特性及破坏行为研究
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作者 邓鹏海 刘泉声 +2 位作者 卢海峰 徐浩然 纪杰 《工程力学》 北大核心 2025年第12期57-74,共18页
土石混合体(SRM)在浅表地层经常遭遇,其力学特性将直接影响到该类岩土工程的稳定性。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)研究SRM力学特性及破坏行为,提出了SRM的二维FDEM数值建模方法和参数赋值方法,探讨了网格尺寸、块石拓扑形... 土石混合体(SRM)在浅表地层经常遭遇,其力学特性将直接影响到该类岩土工程的稳定性。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)研究SRM力学特性及破坏行为,提出了SRM的二维FDEM数值建模方法和参数赋值方法,探讨了网格尺寸、块石拓扑形态和含石率对SRM力学特性及破裂特征的影响。研究表明:可采用基于Weibull分布的非均质岩样建模方法建立SRM数值模型,并通过调整土石分界限x、网格尺寸h和建模控制点以建立不同含石率和不同拓扑结构的SRM数值模型;网格尺寸和块石拓扑形态敏感性分析验证了该文所提SRM建模方法的鲁棒性;不同含石率试样的单轴压缩和三轴压缩模拟结果表明,SRM试样单轴抗压强度、三轴抗压强度、等效弹性模量、等效粘聚力和等效内摩擦角均随含石率的升高呈指函数增大;在三轴压缩下,随着围压的增大,SRM试样由单剪切裂隙破坏向X型共轭剪切破坏发展,且剪切破坏角与理论值一致。 展开更多
关键词 岩土工程 土石混合体 有限元-离散元耦合方法(fdem) 单轴压缩 三轴压缩
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干湿循环作用下软硬相间地层滑坡-抗滑桩体系劣化特性有限-离散元法(FDEM)数值模拟
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作者 冼树兴 叶阳 +2 位作者 李长冬 姚文敏 张华伟 《地质科技通报》 北大核心 2025年第6期2-16,共15页
三峡库区秭归盆地广泛分布以软硬相间地层为主的易滑地层,在长期的库水浸泡冲刷、降雨等作用下,地层岩土体发生劣化损伤,成为降低滑坡稳定和影响工程安全的重要内因。以软硬相间地层岩土体为研究对象,采用有限-离散元法(finite discrete... 三峡库区秭归盆地广泛分布以软硬相间地层为主的易滑地层,在长期的库水浸泡冲刷、降雨等作用下,地层岩土体发生劣化损伤,成为降低滑坡稳定和影响工程安全的重要内因。以软硬相间地层岩土体为研究对象,采用有限-离散元法(finite discrete element method,简称FDEM)对不同干湿循环作用下软硬相间地层中硬岩和软岩的力学参数进行了标定,然后通过改进的泰森多边形程序进行了网格重划分,实现了零厚度黏聚力单元的嵌入功能,提出并建立了软硬相间地层滑坡-抗滑桩体系FDE.M数值计算模型,最后对不同干湿循环作用下滑坡裂纹的形成过程和抗滑桩的嵌固机理进行了研究。研究结果表明:(1)滑坡模拟裂纹数量随着干湿循环次数的增加而增多,裂纹宽度也逐渐增大,并与马家沟滑坡现场裂缝进行了对比,模拟结果与现场基本一致;(2)滑坡-抗滑桩体系的模拟裂纹呈现2种演化模式,一是裂纹从桩顶侧岩土体沿着桩身向下扩展,二是裂纹从抗滑桩周围逐渐向滑体内部延伸,与横向裂纹和竖向裂纹连通,最终形成大型的贯通裂纹;(3)当干湿循环次数增加时,抗滑桩桩身水平位移、弯矩和剪力也随之增加;(4)抗滑桩嵌固段的软硬相间地层基岩内的裂纹具有局部化发育特征,而且随干湿循环次数的增加,区域内的应力逐渐减小,位移和应变则逐渐增大,相应的裂纹也愈发密集。研究成果可为不同干湿循环作用下软硬相间地层滑坡防治提供技术支撑。 展开更多
关键词 软硬相间地层 干湿循环 fdem数值模拟 岩体劣化 裂纹演化规律 滑坡 抗滑桩
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基于FDEM的核桃冲击破壳特性研究
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作者 杨佳龙 毛碧琦 +5 位作者 张宏 苏格格 范修文 张永成 黄睿 曾勇 《塔里木大学学报》 2025年第2期55-66,共12页
为了从微观层面阐明核桃的冲击破壳机理,本研究通过有限元耦合离散元法与内聚力模型相结合的方式,对简化成球壳的核桃在冲击作用下的破碎过程进行数值模拟。引入损伤比和最大碎片尺寸比定量描述了冲击速度和冲击角度对破碎程度的影响,... 为了从微观层面阐明核桃的冲击破壳机理,本研究通过有限元耦合离散元法与内聚力模型相结合的方式,对简化成球壳的核桃在冲击作用下的破碎过程进行数值模拟。引入损伤比和最大碎片尺寸比定量描述了冲击速度和冲击角度对破碎程度的影响,结果表明随着冲击速度的增加,球壳的破碎模式根据其破碎程度可分为未破碎、局部破碎、破碎以及完全解体四种。此外,冲击角度的变化对损伤比的影响不显著,最大碎片尺寸比在一定冲击速度范围内却受到冲击角度的显著影响,表现为随着冲击角度和冲击速度逐渐增加,最大碎片尺寸比由显著减小逐渐变为缓慢减小。模拟结果为壳类坚果破壳取仁问题研究提供参考,同时为冲击破壳取仁装备及其关键部件的优化创新提供指导。 展开更多
关键词 核桃 fdem 冲击破碎
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Optimised hammer drilling bit design using artificial neural networks trained by FDEM-generated data
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作者 Sadjad Naderi Yuyang Wang +6 位作者 Xiaowei Yang Xiang Jiansheng Christopher C.Pain Claire E.Heaney Laurent Gerbaud Naveen Velmurugan John-Paul Latham 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2025年第11期6868-6880,共13页
For rapid and cost-effective hammer drilling,accurate prediction of rock impact response is crucial for designing optimal bits and maximising rock fragmentation.Current design optimisation workflows combine numerical ... For rapid and cost-effective hammer drilling,accurate prediction of rock impact response is crucial for designing optimal bits and maximising rock fragmentation.Current design optimisation workflows combine numerical simulations and experiments but often require numerous iterations to pinpoint the optimal design.Although physics-based models can potentially reduce experimental expenses,their significant computational demands present challenges when simulating the complex fragmentation dynamics during drill bit-rock interactions.This study introduces a data-driven artificial intelligence(AI)model,employing a multilayer perceptron(MLP)as a surrogate.The model leverages the hybrid finitediscrete element model(FDEM)as a powerful method in rock fracture mechanics to generate a sufficiently large training dataset.An automated workflow has been developed for generating the training data,comprising a pipeline that includes pre-processing,solving,and post-processing modules.Subsequently,the AI models were integrated into an optimisation framework alongside uncertainty quantification to demonstrate their potential in enhancing drilling efficiency through optimised bit design and operations.The MLP exhibits high accuracy in predicting key parameters,including rebound velocity,total crack length,quantities of fragments with different sizes and maximum contact force between rock and insert.Notably,this approach achieves real-time prediction compared to the 5-7 min simulation times of FDEM.Integrating this data-driven model into a design framework enables rapid assessment of different bit designs under various operational conditions.More broadly,this approach has the potential to impact other applications,such as digital twins,serving as a forward and inverse model for predicting rock type and optimising drilling performance. 展开更多
关键词 Rock mechanics Impact Fracture Neural network Finite-discrete element model(fdem)
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Cracking and fragmentation in percussive drilling:Insight from FDEM simulation
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作者 Xiaowei Yang Jiansheng Xiang +2 位作者 John-Paul Latham Sadjad Naderi Yanghua Wang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2025年第10期6095-6110,共16页
Percussive drilling is gaining interest for both shallow and deep applications due to its potential for higher drilling rates in hard rocks.Therefore,for efficient rock breaking,the development of advanced percussive ... Percussive drilling is gaining interest for both shallow and deep applications due to its potential for higher drilling rates in hard rocks.Therefore,for efficient rock breaking,the development of advanced percussive drilling simulation tools has the potential to be transformative.Such tools must accurately capture the rock’s response to enable an effective analysis of the fragmentation process.Traditional continuum numerical methods,such as the finite element method(FEM),do not simulate discrete cracks or the contact interaction between rock fragments.The finite-discrete element method(FDEM)is a three-dimensional hybrid method that combines FEM with the discrete element method(DEM)that addresses these limitations.New FDEM simulation results of impacts on Kuru Grey granite show good agreement with published experimental data.The interpretation focuses on two significant processes in percussive drilling:crack propagation and chipping generation.FDEM successfully simulates the evolution of cracks,including radial,side,and inclined cracks,as well as crushed and cracked zones.The simulation also reproduces the coalescence of adjacent craters to generate more chippings.Additionally,the stress state,velocity field and discrete fractures simulated by FDEM provide detailed insights into the different fracture patterns for Kuru Grey granite,enhancing understanding of the fundamental underlying mechanisms. 展开更多
关键词 Percussive drilling Finite discrete element method(fdem) Cracking process Chipping formation Failure mechanism
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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:12
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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:11
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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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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:72
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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的围压条件下机械冲击破岩机理研究 被引量:4
10
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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基于FDEM的混凝土开裂破坏过程的数值模拟 被引量:5
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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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高刚度地基上无筋扩展基础破坏的FDEM模拟
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作者 程树范 《土工基础》 2025年第5期743-749,共7页
扩展基础的破坏模式与自身构造、地基的力学性能等密切相关,在岩石等高刚度地基上,扩展基础破坏模式与土体上存在较大差异。以承受竖向荷载的混凝土无筋扩展基础为对象,采用二维有限离散元方法(2D-FDEM)对其破坏过程进行了模拟,研究了... 扩展基础的破坏模式与自身构造、地基的力学性能等密切相关,在岩石等高刚度地基上,扩展基础破坏模式与土体上存在较大差异。以承受竖向荷载的混凝土无筋扩展基础为对象,采用二维有限离散元方法(2D-FDEM)对其破坏过程进行了模拟,研究了基础高度及地基刚度对其承载力及破坏模式的影响。研究表明:(1)竖向荷载作用下,无筋扩展基础的破坏以冲切模式为主,且随着基础高度的增加,破坏面与竖直方向的夹角有所减小并趋于稳定,剪切破坏特征更加明显;(2)高刚度地基上扩展基础的基底压力呈抛物线形或倒钟形分布,随着地基刚度的增加,基底反力不均匀性增加;(3)通过与传统有限元方法(FEM)的对比,FDEM模型可以模拟破坏面的形成过程,当采用非结构化网格时模拟得到的冲切锥体形态及破坏面位置更加准确。 展开更多
关键词 岩质地基 扩展基础 有限-离散元方法 冲切破坏 剪切破坏
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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:36
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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:5
15
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 被引量:4
16
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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基于FDEM数值模拟的软岩大变形预测及新分级研究 被引量:3
17
作者 邓鹏海 刘泉声 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期164-180,共17页
软岩隧洞大变形预测及分级是隧洞工程领域重要但难以解决的问题。总结了软岩隧洞大变形预测及分级存在的不足,鉴于有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)在模拟软岩隧洞破裂碎胀大变形方面的优越性,采用FDEM进行不同强度应力比下软岩变... 软岩隧洞大变形预测及分级是隧洞工程领域重要但难以解决的问题。总结了软岩隧洞大变形预测及分级存在的不足,鉴于有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)在模拟软岩隧洞破裂碎胀大变形方面的优越性,采用FDEM进行不同强度应力比下软岩变形及破裂过程模拟研究,揭示高应力软岩大变形机理及不同地应力下的围岩变形或破裂模式,并提出基于强度应力比的隧洞变形预测公式及大变形新分级。研究结果表明:(1)可采用临界迟滞阻尼实现软岩隧洞渐进大变形模拟,获得围岩最大变形量,避免动态响应;(2)随着强度应力比的降低,围岩可分为弹塑性变形、闭合破裂、滑移剪胀和碎胀4类破裂模式,据此提出了新的围岩变形等级划分,并提出了相应的支护措施建议;(3)根据不同强度应力比得到的围岩变形量,提出了隧洞变形量值预测公式;相比于已有预测模型,提高了预测精度和适用范围,尤其适用于低强度应力比围岩大变形预测,弥补了已有模型在低强度应力比时预测误差极大的不足,且能够预测无支护隧洞围岩总变形量,对于支护方案设计、支护参数选择和隧道掘进机(TBM)卡机状态预判具有指导意义。 展开更多
关键词 隧道工程 大变形预测与分级 fdem数值模拟 围岩破裂 临界迟滞阻尼
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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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基于FDEM的隧道衬砌裂缝开裂过程数值分析 被引量:21
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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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