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岩土体大型三维离散元模拟系统的研发与应用

刘春  施斌  顾凯  孙义杰  
【摘要】:本文分析了当前岩土体离散元法存在的两个主要问题:(1)离散元颗粒与宏观模型间力学关系不明确;(2)离散元法计算量大,计算效率低。并针对这两个问题开展了理论研究和系统研发。在建立离散元颗粒接触关系基础上,提出了利用微宏观力学参数转换公式,构建具有特定力学性质的离散元模型;提出了离散元颗粒系统的能量计算方法。在一系列理论研究的基础上,自主研发了岩土体大型三维离散元模拟系统"MatDEM"。其具有良好的前处理和后处理功能,能自动生成各种云图和模拟动画;采用矩阵运算和GPU(图形处理器)高速计算,显著地提高了离散元计算的速度。在实例中,MatDEM被用于岩体孔隙的水力压裂模拟,在单台计算机上完成了一百万颗粒的动态模拟。结果表明,微裂隙趋于平行最大压应力方向和各向异性软弱方向形成;能量转化曲线表明,弹性应变能和动能逐步转化为热量,但总能量始终恒定,离散元系统实现了能量守恒计算。

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