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国产高性能离散元软件MatDEM的研发与应用
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作者 刘春 杨泽荣 刘辉 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第5期997-1004,共8页
离散元法(DEM)能够有效模拟岩土体的非连续性与大变形破坏过程,在工程领域具有广泛的应用前景。然而,离散元法在工程应用中面临三大核心挑战:精确建模难度大、多场耦合理论不完善以及计算效率低下。针对这些问题,国产高性能离散元软件Ma... 离散元法(DEM)能够有效模拟岩土体的非连续性与大变形破坏过程,在工程领域具有广泛的应用前景。然而,离散元法在工程应用中面临三大核心挑战:精确建模难度大、多场耦合理论不完善以及计算效率低下。针对这些问题,国产高性能离散元软件MatDEM实现了以下创新突破:基于岩土体跨尺度建模方法与离散元宏微观转换公式,开发了离散元材料自动训练技术,显著降低了精确建模的复杂度;提出了离散元孔隙密度流法,实现了多场、流固耦合与溶质运移一体化数值模拟;采用原创的矩阵离散元计算法,高效处理数百万颗粒的大规模数值模拟。目前,MatDEM已集成前处理、求解、后处理及扩展模块等核心功能,形成了完善的软件生态系统。经过十余年的持续研发与优化,软件已成功应用于地质灾害、岩土工程、矿业工程及油气开采等领域。未来,将通过持续深化软件的工程场景适配能力,为我国防灾减灾与工程设计提供强有力的技术支撑。 展开更多
关键词 matdem 离散元法 数值模拟 多场耦合 工程应用
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基于MatDEM的上向水平分层进路充填采矿法地表沉降对建筑物影响的研究
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作者 耿加波 郑思莹 +1 位作者 巫霖 杨相 《黄金》 2025年第7期46-51,共6页
针对江西某矿区破碎带发育、围岩差异显著的特点及敏感目标保护需求,采用MatDEM离散元软件建立数值模型,通过模拟4个中段的开采与充填过程,研究上向水平分层进路充填采矿法开采过程中岩层形变及地表沉降规律,并监测居民区、农田及公路... 针对江西某矿区破碎带发育、围岩差异显著的特点及敏感目标保护需求,采用MatDEM离散元软件建立数值模型,通过模拟4个中段的开采与充填过程,研究上向水平分层进路充填采矿法开采过程中岩层形变及地表沉降规律,并监测居民区、农田及公路的地表沉降数据。结果表明:各中段开采后岩层最大位移随深度增加而增大,但胶结充填使位移增速降低;地表敏感区监测点倾斜、曲率及水平变形均低于GB 50771—2012《有色金属采矿设计规范》Ⅰ级建(构)筑物允许值,验证了全尾砂胶结充填方案的有效性。 展开更多
关键词 地表沉降 建筑物 充填采矿 数值模拟 matdem离散元软件 开采沉降
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基于MatDEM的易贡滑坡铲刮效应研究 被引量:1
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作者 杨畅 赵建军 +2 位作者 王寿宇 赖琪毅 李鹏飞 《成都理工大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期477-488,共12页
以易贡滑坡—碎屑流为背景,针对滑坡—碎屑流形成过程复杂、铲刮作用机制难以分析等问题,基于MatDEM离散元软件,研究铲刮作用对易贡滑坡形成的影响。通过获取的高程数据,根据真实的地形地貌,利用MatDEM软件1:1构建易贡滑坡三维地质模型... 以易贡滑坡—碎屑流为背景,针对滑坡—碎屑流形成过程复杂、铲刮作用机制难以分析等问题,基于MatDEM离散元软件,研究铲刮作用对易贡滑坡形成的影响。通过获取的高程数据,根据真实的地形地貌,利用MatDEM软件1:1构建易贡滑坡三维地质模型,并通过内置功能训练参数,实现了宏微观参数的转化。将易贡滑坡分为局部铲刮和全过程铲刮2种情况,设立对照组进行分别讨论,研究坡的不同区域发生铲刮和全过程发生铲刮对易贡滑坡形成的影响,取得以下认识:局部区域发生铲刮时,崩滑体对基层物质有抬升隆起作用,基层物质获得巨大动能,速度瞬间增大;在坡中下部发生铲刮,会增大滑体的速度,在坡前缘发生铲刮,会推挤着前缘物质向前运动称之为“犁耕”效应;滑坡发生铲刮作用,会显著增加滑体的速度,促进滑坡—碎屑流的形成,造成更大的危害。研究结果为滑坡—碎屑流的形成分析提供参考。 展开更多
关键词 易贡滑坡 铲刮效应 matdem 数值模拟
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基于MatDEM的露天转地下房柱法开采覆岩与边坡失稳规律研究 被引量:1
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作者 耿加波 兰祥 +2 位作者 李小双 唐世斌 周令剑 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第8期177-182,共6页
随着露天矿山转入地下开采,研究二次扰动后覆岩与边坡系统的稳定性显得尤为重要。以江西某大型露天转地下房柱法开采矿山为研究背景,使用MatDEM离散元软件建立了数值模拟模型,计算并分析了房柱法开采扰动下覆岩与露天边坡的位移、应力... 随着露天矿山转入地下开采,研究二次扰动后覆岩与边坡系统的稳定性显得尤为重要。以江西某大型露天转地下房柱法开采矿山为研究背景,使用MatDEM离散元软件建立了数值模拟模型,计算并分析了房柱法开采扰动下覆岩与露天边坡的位移、应力以及动能等参数的变化规律。结果表明:随着开采空区形成,采场覆岩形成了以开采区域为中心的椭圆形应力降低区,该区域岩层发生了显著的破坏,并且沿着开采推进方向移动。采场顶板的应力变化随开采进程表现出应力集中—应力增大—应力重构—应力平衡4个阶段。地下开采使得采场覆岩以及露天边坡产生了较大位移,覆岩的岩移面积和岩移动能均较边坡的更大,覆岩的变化表现出更加敏感的特性。研究结果可以为相似矿山的开采设计提供借鉴。 展开更多
关键词 二次扰动 露天转地下开采 覆岩 边坡 matdem
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基于MatDEM 的刮板输送机中部槽铲装能力研究 被引量:7
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作者 李龙刚 严小明 +3 位作者 刘益添 李旺 沈丰 朱永年 《煤矿机械》 2024年第2期66-68,共3页
刮板输送机中部槽的铲装能力是输送装备设计的重要性能指标。现有中部槽设计主要依靠经验及试验检验,对不同地质工况的适应性较差。通过基于MatDEM的离散元仿真技术的运用,可以对不同地质条件下的中部槽铲装效果进行模拟分析,开展铲装... 刮板输送机中部槽的铲装能力是输送装备设计的重要性能指标。现有中部槽设计主要依靠经验及试验检验,对不同地质工况的适应性较差。通过基于MatDEM的离散元仿真技术的运用,可以对不同地质条件下的中部槽铲装效果进行模拟分析,开展铲装能力优化研究,进而找出最佳的设计方案,提高中部槽的铲装能力。 展开更多
关键词 刮板输送机 铲装能力 离散元 matdem
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基于MatDEM的不同荷载速率下岩石变形特征数值研究
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作者 王开越 许开州 +1 位作者 任成煊 王升 《录井工程》 2024年第4期91-98,共8页
为研究荷载速率对岩石强度及变形特征的影响规律,分析力学参数、破坏特征与裂隙分布的耦合关系,通过MatDEM矩阵离散元平台构建25 mm×25 mm×50 mm方柱模拟岩样模型,设置四级荷载速率,数值模拟单轴压缩实验,探究泥岩、砂岩、灰... 为研究荷载速率对岩石强度及变形特征的影响规律,分析力学参数、破坏特征与裂隙分布的耦合关系,通过MatDEM矩阵离散元平台构建25 mm×25 mm×50 mm方柱模拟岩样模型,设置四级荷载速率,数值模拟单轴压缩实验,探究泥岩、砂岩、灰岩、页岩及白云岩5种岩石的力学变形特征。结果表明:荷载速率对峰值前力学行为影响显著,对于白云岩、泥岩、砂岩及灰岩,弹性阶段曲线斜率随荷载速率增加而减小,而页岩受荷载速率影响较小;荷载速率对峰值后力学特征表现为,随荷载速率增加,5类岩样的残余强度均呈上升趋势,泥岩、白云岩、灰岩和砂岩从峰值强度跌落至残余强度的曲线逐渐平缓,而页岩从峰值强度跌落至残余强度的曲线形态较为相似;在较低荷载速率条件下,砂岩、页岩、白云岩和泥岩易发育剪切缝,灰岩易形成共轭缝,随荷载速率增加砂岩、页岩、白云岩和泥岩发育锥形共轭缝,灰岩破坏特征更显著;在较低荷载速率条件下,白云岩、页岩、灰岩及砂岩形成大量张裂隙,泥岩形成大量剪裂隙,随荷载速率增加,岩样形成张裂隙和剪裂隙,但对泥岩张裂隙形成影响较小;随着荷载速率的增加,各类岩石破坏应变梯度出现先增加后突减的变形规律,存在一个突变点,杨氏模量较大岩样突变点对应的荷载速率较低。 展开更多
关键词 荷载速率 单轴压缩 张裂隙 剪裂隙 matdem数值模拟
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基于MatDEM的松散地基喷浆加固浆液扩散规律
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作者 郭静 赵振华 +4 位作者 马梦媛 史长远 姚占勇 赵秋红 姚凯 《山东大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期106-114,121,共10页
为分析松散地基喷浆加固过程中浆液扩散规律,借助MatDEM软件生成模拟土层,基于孔隙密度流原理实现喷浆过程可视化,生成土体颗粒位移场。从现有成桩直径预测公式出发,分析基于极限侵蚀距离的成桩直径预测公式的可靠性,基于模拟结果,通过... 为分析松散地基喷浆加固过程中浆液扩散规律,借助MatDEM软件生成模拟土层,基于孔隙密度流原理实现喷浆过程可视化,生成土体颗粒位移场。从现有成桩直径预测公式出发,分析基于极限侵蚀距离的成桩直径预测公式的可靠性,基于模拟结果,通过分析喷浆压力、颗粒粒径等对修正参数的影响,对成桩直径预测公式进行修正,将现场试验中双管法旋喷喷浆施工参数及原位土体力学参数带入修正后成桩直径预测公式计算,与现场试验桩体开挖后实测直径进行对比,验证了修正公式的可靠性。 展开更多
关键词 matdem 高压喷浆 孔隙密度流 基础加固 公式修正
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基于MatDEM的TBM滚刀破岩机理研究 被引量:22
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作者 薛亚东 周杰 +1 位作者 赵丰 李兴 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期337-346,共10页
全断面隧道掘进机(TBM)以其高效、安全、环保等诸多优势被广泛地应用于隧道工程建设中,其中滚刀破岩机理是TBM设计阶段和施工阶段的核心问题。由于岩石与滚刀相互作用时会发生断裂破碎,离散元法(DEM)成为研究滚刀破岩机理的有效手段,但... 全断面隧道掘进机(TBM)以其高效、安全、环保等诸多优势被广泛地应用于隧道工程建设中,其中滚刀破岩机理是TBM设计阶段和施工阶段的核心问题。由于岩石与滚刀相互作用时会发生断裂破碎,离散元法(DEM)成为研究滚刀破岩机理的有效手段,但采用一般离散元软件构建的模型尺寸相对较小,且多简化为二维侵入问题,尺寸效应明显。采用基于离散元法的MatDEM软件构建滚刀破岩大尺寸三维模型,模拟真实滚刀破岩过程。采用团簇单元模拟刚性滚刀,实现双滚刀在不同条件下的破岩动态过程。监测破岩过程中滚刀的受力特征,计算分析不同刀间距/贯入度比(S/P)下的滚刀受力模型和比能变化。模拟结果表明,滚刀破岩时的滚刀力是一种复杂无规律的冲击荷载,其值与滚刀切割参数、岩石性质等因素有关;贯入度和刀间距的增加导致滚刀需要更大的力来破碎岩石;对于一种岩石材料,存在最优刀间距/贯入度比值,使得破岩比能最小;MatDEM软件能较好模拟滚刀的破岩过程,与室内线性切割试验相结合,有利于深入、全面地探索滚刀破岩机理。 展开更多
关键词 全断面岩石掘进机(TBM) 破岩机理 matdem软件 滚刀受力 离散元
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基于MatDEM的黄泥扁滑坡支护效果分析 被引量:3
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作者 王飞 徐楚 黎伟 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期52-60,共9页
黄泥扁滑坡是一个小型中层土质滑坡,已出现滑移的迹象,急需对其进行支护治理,分析该滑坡的破坏机理、验证现有的支护结构是否满足滑坡的稳定性要求以及探索合理且有效的支护部位和支护形式具有十分重要的意义。基于MatDEM建立了黄泥扁... 黄泥扁滑坡是一个小型中层土质滑坡,已出现滑移的迹象,急需对其进行支护治理,分析该滑坡的破坏机理、验证现有的支护结构是否满足滑坡的稳定性要求以及探索合理且有效的支护部位和支护形式具有十分重要的意义。基于MatDEM建立了黄泥扁滑坡在20年一遇洪水位下的三维模型,模拟了滑坡在无支护、挡土墙支护、挡土墙和抗滑桩共同支护3种情况下的变形,并根据位移场分析了不同支护方案的支护效果。模拟结果显示:①该滑坡在无支护的情况下处于不稳定状态;②在无支护的情况下,滑体从滨河路的坡脚处剪出,在有挡土墙支护的情况下,滑体从快速通道的坡脚处剪出,表明现有的挡土墙支护结构并不满足滑坡的稳定性需求,需要对快速通道的坡脚进行重点支护;③采用抗滑桩对快速通道的坡脚进行支护,并在抗滑桩之间加设挡土板,此方案不仅在很大程度上提高了滑坡的整体稳定性,而且有效地解决了部分土体从桩间滑落的问题。研究成果可以为后续的工程设计、施工等提供一定的参考,同时也验证了MatDEM在滑坡分析中的适用性。 展开更多
关键词 matdem 离散元模拟 挡土墙 抗滑桩 支护效果 黄泥扁滑坡
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基于MatDEM的烟家沟滑坡演化过程数值模拟分析 被引量:6
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作者 栗晓松 范文 +1 位作者 曹琰波 全倬梁 《地质与资源》 CAS 2021年第2期199-206,共8页
在对陕西省山阳县烟家沟滑坡基本地质特征调查的基础上,利用无人机获取滑坡高程数据,基于高性能矩阵离散元软件MatDEM建立起烟家沟滑坡运动及堆积特征的三维离散元模型,还原了滑坡启动发生的全过程,最终得到了运动速度、滑移距离以及堆... 在对陕西省山阳县烟家沟滑坡基本地质特征调查的基础上,利用无人机获取滑坡高程数据,基于高性能矩阵离散元软件MatDEM建立起烟家沟滑坡运动及堆积特征的三维离散元模型,还原了滑坡启动发生的全过程,最终得到了运动速度、滑移距离以及堆积体厚度3个方面特征,取得以下认识:烟家沟滑坡属于高速滑坡;滑坡运动堆积过程分为加速碰撞堆积阶段、整体滑动堆积阶段和减速堆积阶段;其堆积层厚度分布沿运动方向呈现出先增加后减小的总体变化趋势,且堆积厚度在堆积体后部达到最大;MatDEM矩阵离散元法用来模拟滑坡演化过程具有可行性. 展开更多
关键词 滑坡 离散元 matdem 数值模拟 地质灾害 陕西省
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基于MatDEM对高陡边坡裂隙岩体失稳演化机制的研究 被引量:10
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作者 蒋佩伶 王志松 +1 位作者 蒋越 刘浩 《中国矿业》 2023年第2期51-60,共10页
为解决高陡、含裂隙尾矿边坡在暴雨和持续强降雨时可能产生的重大危害问题,本文以江西省赣州市某尾矿边坡为计算模型的原型,建立高度为8.5 m,坡角为60°的二维边坡模型。基于MatDEM进行了含水率、位移变化、配位数以及单元速度的数... 为解决高陡、含裂隙尾矿边坡在暴雨和持续强降雨时可能产生的重大危害问题,本文以江西省赣州市某尾矿边坡为计算模型的原型,建立高度为8.5 m,坡角为60°的二维边坡模型。基于MatDEM进行了含水率、位移变化、配位数以及单元速度的数值模拟,得到了位移场、水分场和裂隙演变规律。模拟结果显示:①降雨诱发滑坡的数值模拟模式可总结为“雨水入渗边坡和裂隙-边坡底部破坏-裂隙单元断开连接-边坡完全破坏”;②单元含水率变化受单元在边坡内部位置和含水率梯度等多项因素影响外,还主要受到裂隙对水分迁移的影响;③在高陡边坡滑落的整个过程中,发生移动的边坡单元总量一直稳定在一个区间内,没有发生较大变化。基于MatDEM对裂隙岩体失稳演化机制的研究可以很好地帮助预测和防范滑坡灾害,对实际生产有一定的指导作用。 展开更多
关键词 matdem 尾矿边坡 降雨 边坡裂隙 数值模拟
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MatDEM-fast matrix computing of the discrete element method 被引量:7
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作者 Chun Liu Hui Liu Hongyong Zhang 《Earthquake Research Advances》 CSCD 2021年第3期1-7,共7页
Discrete element method can effectively simulate the discontinuity,inhomogeneity and large deformation and failure of rock and soil.Based on the innovative matrix computing of the discrete element method,the highperfo... Discrete element method can effectively simulate the discontinuity,inhomogeneity and large deformation and failure of rock and soil.Based on the innovative matrix computing of the discrete element method,the highperformance discrete element software MatDEM may handle millions of elements in one computer,and enables the discrete element simulation at the engineering scale.It supports heat calculation,multi-field and fluidsolid coupling numerical simulations.Furthermore,the software integrates pre-processing,solver,postprocessing,and powerful secondary development,allowing recompiling new discrete element software.The basic principles of the DEM,the implement and development of the MatDEM software,and its applications are introduced in this paper.The software and sample source code are available online(http://matdem.com). 展开更多
关键词 Discrete element method HIGH-PERFORMANCE matdem Matrix computing
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基于MatDEM的三维实际地形尾矿库溃坝数值模拟 被引量:4
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作者 吕松峰 张慧颖 +2 位作者 王新华 武文浩 陈泳江 《铀矿冶》 CAS 2022年第2期155-163,共9页
以云南某实际尾矿库为例,利用颗粒流离散元法和MatDEM软件建立完整的三维实际地形,并对尾矿库溃坝及尾砂下泄演进过程进行模拟,研究尾砂浆的锋面速度、分布形状、淹没范围等规律。研究表明,基于颗粒流离散元法与实际地形条件下模拟的尾... 以云南某实际尾矿库为例,利用颗粒流离散元法和MatDEM软件建立完整的三维实际地形,并对尾矿库溃坝及尾砂下泄演进过程进行模拟,研究尾砂浆的锋面速度、分布形状、淹没范围等规律。研究表明,基于颗粒流离散元法与实际地形条件下模拟的尾砂浆运移溃坝过程更真实、贴合实际。 展开更多
关键词 尾矿库 matdem 溃坝 数值模拟
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基于MatDEM的岩石应力波传播与衰减特性敏感性分析
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作者 范观盛 黄靥欢 +1 位作者 刘春 乐天呈 《高校地质学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期479-486,共8页
应力波的研究是岩石动力作用中的关键性问题。基于离散元法,文章对岩石样品开展数值模拟试验,以探究应力波传播和衰减的影响因素及规律。其中重点分析了岩石数值试样的单元半径、阻尼系数,以及入射波频率、振幅对应力波传播产生的影响,... 应力波的研究是岩石动力作用中的关键性问题。基于离散元法,文章对岩石样品开展数值模拟试验,以探究应力波传播和衰减的影响因素及规律。其中重点分析了岩石数值试样的单元半径、阻尼系数,以及入射波频率、振幅对应力波传播产生的影响,并结合真实试验结果进行对比分析。研究结果表明:离散元法能有效的模拟动力作用过程,数值岩样中应力波的传播变化规律与前人研究一致。岩样单元半径增大,导致岩样的不均匀性增加,散射衰减增强;阻尼系数越大,振幅在相同距离处衰减程度越大;岩样中入射波频率降低,波的传播趋势从对数衰减向线性衰减形式发展;加载波的振幅越大,应力波由于散射作用衰减程度越大,在相同传播距离的衰减率保持一定。 展开更多
关键词 离散元法 matdem 应力波 衰减 波速
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基于MatDEM的尾矿坝坝体失稳离散元数值模拟 被引量:1
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作者 周涛 李启航 黄宜超 《山西建筑》 2021年第7期77-80,共4页
针对尾矿坝由于浸润线以下砂土间的孔隙水压力的作用容易发生溃坝的问题,利用离散软件MatDEM建立尾矿坝离散元模型,进行了尾矿库溃坝模拟。在此模拟中,为每个颗粒单元赋予含水率属性,将浸润线以下砂土考虑为饱和,浸润线以上部分考虑为... 针对尾矿坝由于浸润线以下砂土间的孔隙水压力的作用容易发生溃坝的问题,利用离散软件MatDEM建立尾矿坝离散元模型,进行了尾矿库溃坝模拟。在此模拟中,为每个颗粒单元赋予含水率属性,将浸润线以下砂土考虑为饱和,浸润线以上部分考虑为非饱和砂土。模拟结果表明:非饱和砂土部分裂缝出现的原因是由于水平位移变化不均所导致,此外沉降位移差距大也会导致裂缝出现。数值模拟结果与前人室内模拟实验的结论大致符合,呈现典型的逆流渐进式滑坡。为基于离散元的尾矿坝溃坝数值模拟提供了一定的借鉴。 展开更多
关键词 尾矿坝 失稳 数值模拟 matdem
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裂隙围岩隧道台阶法开挖结构响应规律研究
16
作者 王莉艳 《水利科技与经济》 2025年第6期51-54,共4页
随着山岭隧道建设的不断发展,穿越裂隙围岩地区的隧道数量越来越多。隧道穿越裂隙围岩段地区风险较高,容易出现地面沉降变形过大、隧道拱顶沉降过大等问题。为了研究穿越裂隙围岩段隧道开挖结构响应规律,采用Matdem离散元数值计算的方法... 随着山岭隧道建设的不断发展,穿越裂隙围岩地区的隧道数量越来越多。隧道穿越裂隙围岩段地区风险较高,容易出现地面沉降变形过大、隧道拱顶沉降过大等问题。为了研究穿越裂隙围岩段隧道开挖结构响应规律,采用Matdem离散元数值计算的方法,对裂隙围岩段隧道台阶法开挖进行研究。结果表明,隧道开挖后,岩体周围裂隙出现拓展、塌陷、断裂等现象;裂缝的发展改变了结构受力,影响隧道安全状态,数值计算结果与现场监测数据规律一致。研究结果可为类似裂隙围岩段隧道开挖与支护提供指导。 展开更多
关键词 裂隙围岩 离散元 matdem 台阶法开挖
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不同围压和应力差条件下水压裂缝细观扩展规律研究
17
作者 张鹏飞 冯国瑞 +2 位作者 王朋飞 樊一江 文晓泽 《煤炭工程》 北大核心 2025年第10期132-138,共7页
水力压裂技术能有效改善煤炭开采的应力环境,研究应力对水压裂缝的细观起裂扩展规律是深化压裂控制理论,优化压裂位置选择的前提。利用MatDEM软件开展不同等围压和应力差两种条件下水力压裂模拟试验,结果表明:等围压时水压裂缝受到孔壁... 水力压裂技术能有效改善煤炭开采的应力环境,研究应力对水压裂缝的细观起裂扩展规律是深化压裂控制理论,优化压裂位置选择的前提。利用MatDEM软件开展不同等围压和应力差两种条件下水力压裂模拟试验,结果表明:等围压时水压裂缝受到孔壁不均匀度以及单侧裂缝优先起裂的影响呈120°分布,应力差存在时主裂缝平直且单一。在裂缝两端分布的压应力集中区的范围与应力差呈负相关,尖端呈现拉应力断裂模式。泵注压力增速波动呈现出先增大又平稳的水压裂缝贯通表征,同步于微裂隙累积增速波动,依此将压裂过程划分为无微裂隙、微裂隙缓慢增长、稳定增长、急速增长4个阶段。高围压促进裂缝起裂,抑制断裂过程区发育,高应力差增强了对裂缝的控制作用,体现为分支裂缝的贯通与闭合现象。选择满足工况要求的最小水平主应力和应力差存在的压裂区域,实现对主裂缝、分支裂缝的控制,避免在高应力差的区域进行压裂施工时出现应力扰动的不良影响。 展开更多
关键词 水力压裂 matdem 裂隙 细观表征
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山地多级土质滑坡成因机制分析及演化趋势预测:以重庆九包岩滑坡为例
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作者 郭英航 文继东 +3 位作者 杨云飞 王性昊 许万忠 杨子萱 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第7期2721-2731,共11页
九包岩滑坡自2019年开始持续缓慢变形,2021年9月雨季,在持续的强降雨作用下该滑坡于该年9月17日发生变形滑移。通过实地踏勘、钻探、位移监测等传统工程地质勘探,采用有限元数值模拟方法Midas-GTS对不同工况下边坡的渗流场、位移场进行... 九包岩滑坡自2019年开始持续缓慢变形,2021年9月雨季,在持续的强降雨作用下该滑坡于该年9月17日发生变形滑移。通过实地踏勘、钻探、位移监测等传统工程地质勘探,采用有限元数值模拟方法Midas-GTS对不同工况下边坡的渗流场、位移场进行分析模拟计算,综合分析滑坡的成因机制,并进一步引入矩阵离散元数值模拟方法MatDEM,通过自编代码对暴雨工况下滑坡滑动演化趋势进行预测。结果表明:(1)有限元数值模拟结果与钻探结果一致,揭示九包岩滑坡滑动带位于第四系滑坡堆积层碎石土(Q_(4)^(del))与侏罗系中统遂宁组(J_(2)^(sn))泥岩接触面;(2)有限元数值模拟结果与实地勘探结果显示:九包岩滑坡为以推移式为主牵引式为辅的多级浅层土质滑坡,分上下两部分滑体,两者紧密相接,滑坡区土层松散的结构以及坡体前后丰富的储水为滑坡的形成提供了物源基础,雨季丰沛的降雨为滑坡的外部诱发因素也是导致滑坡的关键因素;(3)有限元数值模拟结果表明:九包岩滑坡天然工况下处于基本稳定状态,降雨工况下处于欠稳定状态,持续发生极端暴雨情况下,有可能产生大位移滑坡;(4)离散元模拟结果表明:极端降雨情况下边坡处于失稳状态,两部分滑体通过两条滑带贯穿,滑坡进一步失稳发生大位移滑动,将造成巨大的经济损失及人员伤亡;(5)有限元离散元相结合的研究方法既能与勘察、钻探、监测相印证又可对成因机制进行定量分析,并能够对滑坡的后续演化进行预测,该方法可为类似的山地多级滑坡灾害研究提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 九包岩滑坡 数值模拟 Midas-GTS matdem 成因机制分析 滑动演化过程预测
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颗粒材料多尺度力学行为模拟及孔隙分形表征
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作者 仵仲阳 付龙龙 周顺华 《力学季刊》 北大核心 2025年第3期649-661,共13页
岩土颗粒材料的力学响应呈现多尺度特性,开展有限元法(Finite Element Method,FEM)和离散元法(Discrete Element Method,DEM)耦合的多尺度模拟可在反映多尺度响应的同时兼顾计算效率.为此,基于国产高性能离散元软件MatDEM开发了GPU并行F... 岩土颗粒材料的力学响应呈现多尺度特性,开展有限元法(Finite Element Method,FEM)和离散元法(Discrete Element Method,DEM)耦合的多尺度模拟可在反映多尺度响应的同时兼顾计算效率.为此,基于国产高性能离散元软件MatDEM开发了GPU并行FEM-DEM耦合计算程序,并结合颗粒孔隙分形特征对计算参数和结果进行分析.首先,采用多重分形理论研究了颗粒孔隙空间分布特征,确定了关键分形指标.其次,通过单元和双轴压缩试验验证了FEM-DEM耦合程序的可靠性.最后,基于双轴压缩试验研究了不同位置处表征元(Representative Volume Element,RVE)的细观响应.结果表明,RVE内孔隙空间分布具有多重分形特征,当颗粒数量超过400时,孔隙空间分布的自相似性确保了RVE内颗粒集合均匀化后输出应力-应变响应的稳定性.容量维数D_(0)和奇异指数α_(0)由于表征孔隙分布的平均信息而与RVE体应变具有线性相关性,可作为反映颗粒材料空间特征复杂性的简洁内变量.研究结果为分析工程尺度颗粒堆积体的宏-细观力学联系提供了一种方法探索. 展开更多
关键词 岩土颗粒材料 多尺度 多重分形 有限元法 matdem
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多年冻土滑坡失稳区粉土、黏土直剪破坏离散元模拟
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作者 王宇璐 张鹏 +3 位作者 马旭 尹娜 车旭东 张莲海 《冰川冻土》 2025年第3期680-693,共14页
受青藏高原暖湿化的影响,多年冻土呈现快速退化状态,并由此诱发大量的冻土滑坡灾害。为深入探讨多年冻土区滑坡失稳机制,本研究基于多年冻土滑坡区活动层(融土)粉土、黏土及相应土-冰界面直剪试验结果,通过离散元分析软件MatDEM对应修... 受青藏高原暖湿化的影响,多年冻土呈现快速退化状态,并由此诱发大量的冻土滑坡灾害。为深入探讨多年冻土区滑坡失稳机制,本研究基于多年冻土滑坡区活动层(融土)粉土、黏土及相应土-冰界面直剪试验结果,通过离散元分析软件MatDEM对应修正了直剪试验模型,并将数值模拟结果与直剪试验结果进行对比分析。结果表明:修正后的直剪模型可有效地对粉土和黏土进行数值模拟计算;模拟与试验结果的剪切特性曲线及抗剪强度拟合曲线变化趋势基本保持一致,且黏土抗剪强度明显低于粉土,表明土体抗剪强度随土颗粒粒度的减小而降低;在土-冰界面处,黏土-冰的抗剪强度最低,土体稳定性最弱。模拟结果中位移场图、单元连接状态图均表明在剪切过程中形成了明显的剪切带,且融土界面处及非界面处颗粒的平均配位数变化规律显示剪切带内的颗粒在试样变形中起到主要作用。此外,热量变化曲线表明,剪切过程中的热量主要来源于剪切带中上下剪切盒产生的摩擦热。本研究可为高原冻土滑坡区土体抗剪强度数值模拟研究提供有效参考模型。 展开更多
关键词 离散元模拟 matdem 高原 多年冻土 滑坡 直剪试验 土-冰界面
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