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A review of discrete modeling techniques for fracturing processes in discontinuous rock masses 被引量:61
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作者 A.Lisjak G.Grasselli 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2014年第4期301-314,共14页
The goal of this review paper is to provide a summary of selected discrete element and hybrid finitediscrete element modeling techniques that have emerged in the field of rock mechanics as simulation tools for fractur... The goal of this review paper is to provide a summary of selected discrete element and hybrid finitediscrete element modeling techniques that have emerged in the field of rock mechanics as simulation tools for fracturing processes in rocks and rock masses. The fundamental principles of each computer code are illustrated with particular emphasis on the approach specifically adopted to simulate fracture nucleation and propagation and to account for the presence of rock mass discontinuities. This description is accompanied by a brief review of application studies focusing on laboratory-scale models of rock failure processes and on the simulation of damage development around underground excavations. 展开更多
关键词 Rock fracturing Numerical modeling Discrete element method (DEM)Finite-discrete element method fdem
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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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频率域电磁法在煤矿采空区调查中的应用 被引量:18
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作者 姜国庆 贾春梅 +2 位作者 谭强 尚通晓 朱首峰 《物探与化探》 CAS CSCD 2015年第3期646-650,共5页
采取有效技术手段进行煤矿采空区调查已成为矿区生态环境治理、矿井安全生产和重大工程建设项目选址中亟需解决的问题。本文以频率域电磁法基本原理为基础,对比分析EH-4电导率成像系统和可控源音频大地电磁法(CSAMT)的方法特点,通过数... 采取有效技术手段进行煤矿采空区调查已成为矿区生态环境治理、矿井安全生产和重大工程建设项目选址中亟需解决的问题。本文以频率域电磁法基本原理为基础,对比分析EH-4电导率成像系统和可控源音频大地电磁法(CSAMT)的方法特点,通过数值模拟探讨不同介质充填采空区的电性响应特征,并结合典型工程实例对EH-4电导率成像系统和可控源音频大地电磁法探测煤矿采空区的实际应用效果进行分析。数值模拟结果和工程实践表明,煤矿采空区相对围岩具有显著的电性差异,以此为物性基础采用频率域电磁法进行采空区探测可以取得较为理想的效果。频率域电磁法在探测煤层采空区方面是一种行之有效的方法,可以成为煤矿防治水和采空区地质灾害调查的有效技术方法。 展开更多
关键词 煤矿采空区 地球物理特征 频率域电磁法 探测效果
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Assessing fracturing mechanisms and evolution of excavation damaged zone of tunnels in interlocked rock masses at high stresses using a finitediscrete element approach 被引量:11
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作者 I.Vazaios N.Vlachopoulos M.S.Diederichs 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2019年第4期701-722,共22页
Deep underground excavations within hard rocks can result in damage to the surrounding rock mass mostly due to redistribution of stresses.Especially within rock masses with non-persistent joints,the role of the pre-ex... Deep underground excavations within hard rocks can result in damage to the surrounding rock mass mostly due to redistribution of stresses.Especially within rock masses with non-persistent joints,the role of the pre-existing joints in the damage evolution around the underground opening is of critical importance as they govern the fracturing mechanisms and influence the brittle responses of these hard rock masses under highly anisotropic in situ stresses.In this study,the main focus is the impact of joint network geometry,joint strength and applied field stresses on the rock mass behaviours and the evolution of excavation induced damage due to the loss of confinement as a tunnel face advances.Analysis of such a phenomenon was conducted using the finite-discrete element method (FDEM).The numerical model is initially calibrated in order to match the behaviour of the fracture-free,massive Lac du Bonnet granite during the excavation of the Underground Research Laboratory (URL) Test Tunnel,Canada.The influence of the pre-existing joints on the rock mass response during excavation is investigated by integrating discrete fracture networks (DFNs) of various characteristics into the numerical models under varying in situ stresses.The numerical results obtained highlight the significance of the pre-existing joints on the reduction of in situ rock mass strength and its capacity for extension with both factors controlling the brittle response of the material.Furthermore,the impact of spatial distribution of natural joints on the stability of an underground excavation is discussed,as well as the potentially minor influence of joint strength on the stress induced damage within joint systems of a non-persistent nature under specific conditions.Additionally,the in situ stress-joint network interaction is examined,revealing the complex fracturing mechanisms that may lead to uncontrolled fracture propagation that compromises the overall stability of an underground excavation. 展开更多
关键词 EXCAVATION damaged zone (EDZ) BRITTLE failure Finite-discrete element method (fdem) TUNNELLING DISCRETE fracture network (DFN)
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基于数字图像技术的岩土材料有限元-离散元分析 被引量:13
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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 2014年第8期2408-2414,共7页
将数字图像技术与Munjiza提出的有限元法-离散元法(FDEM)耦合分析方法结合,研制了可表征岩石真实非均质性的FDEM分析系统,为从细观角度对岩体进行建模以及研究岩体的破裂机制提供了新途径。该系统借助数字图像技术从岩石断面的图像获取... 将数字图像技术与Munjiza提出的有限元法-离散元法(FDEM)耦合分析方法结合,研制了可表征岩石真实非均质性的FDEM分析系统,为从细观角度对岩体进行建模以及研究岩体的破裂机制提供了新途径。该系统借助数字图像技术从岩石断面的图像获取岩石材料的真实细观结构,借助成熟的网格剖分技术,将其映射到FDEM计算网格中,从而克服了原有FDEM在考虑材料非均质性所存在的不足。利用该系统,进行了巴西圆盘劈裂试验的数值模拟,再现了花岗岩在荷载作用下的真实破裂过程。数值模拟结果表明,考虑非均质性的岩样应力分布呈现出非对称性,岩石的细观结构对岩石中裂纹的扩展及应力分布有重要影响。 展开更多
关键词 有限元-离散元分析 数字图像技术 材料非均质性 巴西圆盘
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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
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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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基于二维FDEM的金属矿破碎矿体进路法开挖方式与参数优化研究 被引量:1
7
作者 万串串 郑志杰 +1 位作者 黄丹 马昊 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2024年第3期16-22,共7页
采用有限元-离散元耦合方法(FDEM),建立进路尺寸为4.5m×4m的两个模型,对比分析机械开挖和爆破开挖两种条件下,岩体的变形破坏过程与稳定性,以此确定破碎矿体合理的开挖方式。受水平应力与垂直应力影响,进路跨度与高度方向影响不同... 采用有限元-离散元耦合方法(FDEM),建立进路尺寸为4.5m×4m的两个模型,对比分析机械开挖和爆破开挖两种条件下,岩体的变形破坏过程与稳定性,以此确定破碎矿体合理的开挖方式。受水平应力与垂直应力影响,进路跨度与高度方向影响不同。分别建立4m×4m、4m×5m、5m×5m、6m×5m、5m×6m进路尺寸的分析模型,模拟机械开挖进路的围岩变形破坏规律与稳定性。根据关键点位移突变判据与围岩破坏范围突变判据,最终得出的结论如下:机械开挖进路尺寸不大于5m×5m时,围岩较稳定;机械开挖进路尺寸大于5m×5m时,机械开挖后围岩稳定性大大降低;机械开挖进路尺寸为5m×6m时,围岩稳定性最低。研究过程与成果可为破碎矿体进路法开采的矿山提供借鉴,指导矿山进行合理高效的生产。 展开更多
关键词 fdem 破碎矿体 机械开挖 数值模拟 尺寸优化
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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
8
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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碱骨料混凝土单轴抗压试验能量演化研究
9
作者 柳皓 王中波 《山西建筑》 2024年第2期114-117,共4页
碱骨料反应是混凝土损伤的重要原因之一。充分了解碱骨料混凝土的破坏机理及损伤描述有助于预防碱骨料混凝土建筑物可能发生的结构破坏。室内试验测量得到碱骨料混凝土各项物理指标后,根据其波速的下降幅度定义了损伤变量,并通过FDEM方... 碱骨料反应是混凝土损伤的重要原因之一。充分了解碱骨料混凝土的破坏机理及损伤描述有助于预防碱骨料混凝土建筑物可能发生的结构破坏。室内试验测量得到碱骨料混凝土各项物理指标后,根据其波速的下降幅度定义了损伤变量,并通过FDEM方法建立碱骨料混凝土单轴抗压下的破坏模型。模型可以准确地模拟碱骨料混凝土的损伤、破坏。根据数值模拟结果,碱骨料显著降低了混凝土中骨料与胶结物间界面的储能能力,这也大大降低了其整体强度。 展开更多
关键词 碱骨料 fdem 损伤 能量演化
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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:1
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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
11
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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基于连续-非连续分析理论的隧道围岩破坏区判识方法研究 被引量:1
12
作者 肖明清 徐晨 +3 位作者 杨剑 吴佳明 付晓东 周永强 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3099-3108,共10页
准确分析隧道挖破坏区的范围对合理确定支护参数有着重要的指导作用和工程意义,主要围绕连续介质分析方法和以有限元-离散元耦合方法(finite element-discrete element coupling method,简称FDEM)为代表的连续-非连续方法开展了隧道围... 准确分析隧道挖破坏区的范围对合理确定支护参数有着重要的指导作用和工程意义,主要围绕连续介质分析方法和以有限元-离散元耦合方法(finite element-discrete element coupling method,简称FDEM)为代表的连续-非连续方法开展了隧道围岩破坏区判识方法研究。研究了连续介质分析方法与FDEM识别围岩破坏的判别标准;将岩体划分为弹性的岩石单元和弹塑性的界面单元,基于等效连续模型的思想,推导了界面单元力学参数与岩石单元及岩体单元力学参数的关系表达式,首次建立这两种方法参数取值的联系,解决了连续-非连续方法取值难的问题;对比了两种方法模拟不同岩性、断面铁路隧道开挖过程中围岩破坏区范围。基于规范中各级围岩的力学参数取值范围,给出了各级围岩下以FDEM中罚参数和断裂能等围岩主要破坏参数的取值范围;FLAC3D为代表的连续介质方法和FDEM两种方法对不同岩性、断面铁路隧道开挖过程模拟结果表明,连续介质方法得出的塑性区和以塑性极限应变得出的破坏区域和连续-非连续方法得出的裂纹扩展区和破坏区在分布范围、形态及破坏形式上基本一致,验证了提出的FDEM围岩破坏参数取值方法是合理可行的。 展开更多
关键词 连续-非连续分析方法 fdem 隧道 破坏区识别 参数取值 连续介质分析方法
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基于联合反演的近间距深埋管线探测技术研究
13
作者 胡周文 杨水华 +2 位作者 曾令响 邝金坚 刘国超 《工程地球物理学报》 2023年第2期197-204,共8页
随着现代化进程的发展和非开挖管线施工技术的普遍应用,近间距平行管线和深埋管线成为了管线探测的热点和难点。受方法以及资料的限制,前人仅利用频率域电磁法(Frequency Domain Electromagnetic Method, FDEM)中单一水平磁场剖面数据... 随着现代化进程的发展和非开挖管线施工技术的普遍应用,近间距平行管线和深埋管线成为了管线探测的热点和难点。受方法以及资料的限制,前人仅利用频率域电磁法(Frequency Domain Electromagnetic Method, FDEM)中单一水平磁场剖面数据来反演求解近间距平行和深埋管线的位置和埋深,往往难以取得理想结果。针对这一问题,提出了联合反演新思路,即联合水平磁场和垂直磁场剖面数据进行反演。首先从原理上详细阐述了现有方法的不足,然后重点推导了联合反演算法定位定深的原理公式,最后用工程实例展示了算法优势和效果。结果表明:相比于常规的“拟合反演法”,本文算法求解快速、全自动、已知信息依赖小,能明显减小25%及以上的均方误差;定位定深精度满足规范要求;非常适用于近间距平行和深埋管线探测生产工作中,为疑难管线的探测提供了新思路。 展开更多
关键词 最小二乘法 fdem 近间距 深埋管线
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Unraveling engineering disturbance effects on deformation in red-bed mudstone railway cuttings:incorporating crack-facilitated moisture diffusion
14
作者 HUANG Kang DAI Zhangjun +3 位作者 YAN Chengzeng YAO Junkai CHI Zecheng CHEN Shanxiong 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2024年第5期1663-1682,共20页
Red-bed mudstone, prevalent in southwest China, poses a formidable challenge due to its hydrophilic clay minerals, resulting in expansion, deformation, and cracking upon exposure to moisture. This study addresses upli... Red-bed mudstone, prevalent in southwest China, poses a formidable challenge due to its hydrophilic clay minerals, resulting in expansion, deformation, and cracking upon exposure to moisture. This study addresses uplift deformation disasters in high-speed railways by employing a moisture diffusion-deformation-fracture coupling model based on the finite-discrete element method(FDEM). The model integrates the influence of cracks on moisture diffusion. The investigation into various excavation depths reveals a direct correlation between depth and the formation of tensile cracks at the bottom of the railway cutting. These cracks expedite moisture migration, significantly impacting the temporal and spatial evolution of the moisture field. Additionally, crack expansion dominates hygroscopic deformation, with the lateral coordinate of the crack zone determining peak vertical displacement. Furthermore, key factors influencing deformation in railway cuttings, including the swelling factor and initial moisture content at the bottom of the cutting, are explored. The number of tensile and shear cracks increases with greater excavation depth, particularly concerning shear cracks. Higher swelling factors and initial moisture contents result in an increased total number of cracks, predominantly shear cracks. Numerical calculations provide valuable insights, offering a scientific foundation and directional guidance for the precise prevention, control, prediction, and comprehensive treatment of mudstone-related issues in high-speed railways. 展开更多
关键词 Red-bed mudstone Railway cutting fdem Moisture diffusion DEFORMATION CRACK
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Swelling behaviors of heterogeneous red-bed mudstone subjected to different vertical stresses
15
作者 Kang Huang Zhangjun Dai +3 位作者 Chengzeng Yan Fei Yu Wei Zhang Shanxiong Chen 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2024年第5期1847-1863,共17页
In this study,the axial swelling strain of red-bed mudstone under different vertical stresses are measured by swell-under-load method,and the microstructure of mudstone after hygroscopic swelling is studied by mercury... In this study,the axial swelling strain of red-bed mudstone under different vertical stresses are measured by swell-under-load method,and the microstructure of mudstone after hygroscopic swelling is studied by mercury intrusion porosimetry(MIP).The weakening coefficient and Weibull distribution function are introduced into the coupling model of mudstone moisture diffusion-swelling deformation-fracture based on finite-discrete element method(FDEM).The weakening effect of moisture on mudstone's mechanical parameters,as well as the heterogeneity of swelling deformation and stress distribution,is considered.The microcrack behavior and energy evolution of mudstone during hygroscopic swelling deformation under different vertical stresses are studied.The results show that the axial swelling strain of mudstone decreases with increase of the vertical stress.At low vertical stresses,moisture absorption in mudstone leads to formation of cracks caused by hydration-induced expansion.Under high vertical stresses,a muddy sealing zone forms on the mudstone surface,preventing further water infiltration.The simulation results of mudstone swelling deformation also demonstrate that it involves both swelling of the mudstone matrix and swelling caused by crack expansion.Notably,crack expansion plays a dominant role in mudstone swelling.With increasing vertical stress,the cracks in mudstone change from tensile cracks to shear cracks,resulting in a significant reduction in the total number of cracks.While the evolution of mudstone kinetic energy shows similarities under different vertical stresses,the evolution of strain energy varies significantly due to the presence of different types of cracks in the mudstone.The findings provide a theoretical basis for understanding the hygroscopic swelling deformation mechanism of red-bed mudstone at various depths. 展开更多
关键词 Heterogeneous red-bed mudstone Self-sealing band Matric swelling and crack expansion fdem MICROCRACKS Energy evolution
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Investigation of stress-induced progressive failure of mine pillars using a Voronoi grain-based breakable block model
16
作者 Shili Qiu Shirui Zhang +3 位作者 Quan Jiang Shaojun Li Hao Zhang Qiankuan Wang 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期713-729,共17页
The Voronoi grain-based breakable block model(VGBBM)based on the combined finite-discrete element method(FDEM)was proposed to explicitly characterize the failure mechanism and predict the deformation behavior of hard-... The Voronoi grain-based breakable block model(VGBBM)based on the combined finite-discrete element method(FDEM)was proposed to explicitly characterize the failure mechanism and predict the deformation behavior of hard-rock mine pillars.The influence of the microscopic parameters on the macroscopic mechanical behavior was investigated using laboratory-scale models.The field-scale pillar models(width-to-height,W/H=1,2 and 3)were calibrated based on the empirically predicted stress-strain curves of Creighton mine pillars.The results indicated that as the W/H ratios increased,the VGBBM effectively predicted the transition from strain-softening to pseudo-ductile behavior in pillars,and explicitly captured the separated rock slabs and the V-shaped damage zones on both sides of pillars and conjugate shear bands in core zones of pillars.The volumetric strain field revealed significant compressional deformation in core zones of pillars.While the peak strains of W/H=1 and 2 pillars were relatively consistent,there were significant differences in the strain energy storage and release mechanism.W/H was the primary factor influencing the deformation and strain energy in the pillar core.The friction coefficient of the structural plane was also an important factor affecting the pillar strength and the weakest discontinuity angle.The fracture surface was controlled by the discontinuity angle and the friction coefficient.This study demonstrated the capability of the VGBBM in predicting the strengths and deformation behavior of hard-rock pillars in deep mine design. 展开更多
关键词 Pillar strength fdem Voronoi tessellation SPALLING BULKING
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高应力软岩隧道破裂碎胀米级大变形机理研究 被引量:1
17
作者 邓鹏海 刘泉声 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期225-239,共15页
深埋高应力软弱围岩频繁遭遇米级剧烈大变形灾害,但却面临其大变形灾变机理和过程认识不清等问题。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)研究了高应力软弱围岩的破裂碎胀大变形过程,并研究了地应力量值、侧压系数和隧道断面形状对... 深埋高应力软弱围岩频繁遭遇米级剧烈大变形灾害,但却面临其大变形灾变机理和过程认识不清等问题。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)研究了高应力软弱围岩的破裂碎胀大变形过程,并研究了地应力量值、侧压系数和隧道断面形状对大变形灾变机制的影响。结果表明:(1)高应力软岩隧道大变形灾变力学机理为隧道开挖卸荷导致围岩产生破裂块体的碎胀性变形;(2)围岩大变形过程中的裂隙扩展过程、应力场和位移场结果表明,在静水压力状态下,围岩主要产生共轭剪切破坏,破裂的块体沿着主剪切带发生滑移并伴随着剪胀现象和翻转运动,使得块体间产生大量空隙,这些碎裂块体向隧道空间移动造成了隧道断面的急剧缩小,以致发生米级剧烈大变形灾害;(3)随着地应力量值的增加,围岩破裂程度和隧道表面最大位移迅速增大,后者呈现明显的非线性特征,而损伤破裂区半径增长较为平缓,当垂直地应力高达约58 MPa时,剧烈位移区内的岩体难以形成主剪切裂隙带,极为破碎的岩块呈整体向隧道内挤压态势,并产生大量空隙,造成隧道断面面积的急剧缩小;(4)在静水压力状态下,正方形隧道只对裂隙起裂、剧烈位移区形状和该区域内岩体位移模式产生影响,而在剧烈位移区范围外,围岩趋近于圆形隧道时的破裂机制。 展开更多
关键词 隧道工程 软岩大变形 有限元-离散元耦合数值方法 裂隙扩展过程 应力场 位移场
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FDEM模型在矿山测量滑坡中的应用 被引量:1
18
作者 郝鹏飞 《煤炭与化工》 CAS 2017年第11期80-83,共4页
以山西某露天矿下盘岩质高边坡为研究对象,基于对该露天煤矿边坡工程地质的认识,结合实时监测记录和现场调查,采用杂交有限元-离散元法(FDEM)对该露天矿"2011-1005滑坡"进行数值模拟计算。通过数值计算模型,从连续到不连续的... 以山西某露天矿下盘岩质高边坡为研究对象,基于对该露天煤矿边坡工程地质的认识,结合实时监测记录和现场调查,采用杂交有限元-离散元法(FDEM)对该露天矿"2011-1005滑坡"进行数值模拟计算。通过数值计算模型,从连续到不连续的变形特征来描述岩石微裂纹聚合、裂纹发展和破碎岩石相互作用(接触、碰撞和反弹)的变形破坏过程,并将计算结果和实际边坡破坏物理特征进行对比研究,验证利用FDEM法对露天煤矿采场下盘边坡稳定性评价和数值模拟计算的可行性。 展开更多
关键词 露天煤矿 fdem 滑坡
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砌体墙抗震性能的有限离散元分析
19
作者 黄鹏 陈旭东 《江苏建筑》 2023年第2期27-30,47,共5页
作为砌体结构的主要承力构件,砌体墙在地震作用下的力学行为,具有高度的非线性和非连续性。有限离散元法(combined finite-discrete element method,简称FDEM)是近年来比较流行的一种数值方法,其将结构视为一系列离散体的集合,在分析结... 作为砌体结构的主要承力构件,砌体墙在地震作用下的力学行为,具有高度的非线性和非连续性。有限离散元法(combined finite-discrete element method,简称FDEM)是近年来比较流行的一种数值方法,其将结构视为一系列离散体的集合,在分析结构的非连续力学行为方面有其独特的优势。文章采用FDEM研究砌体墙在水平地震作用下的力学行为,验证了FDEM分析砌体墙抗震性能的可靠性和鲁棒性,为进一步对复杂砌体结构的抗震性能开展FDEM分析建立了基础。 展开更多
关键词 砌体墙 抗震性能 有限离散元 结构破坏
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初始裂纹对泥岩单轴压缩力学性质影响的FDEM研究
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作者 李德建 祁浩 +1 位作者 李春晓 李长祺 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第10期85-97,共13页
要为研究初始裂纹对泥岩试件单轴压缩力学性质的影响, 首先, 对经过不同温度处理后的泥岩试件开展单轴压缩力学实验. 然后, 运用有限元-离散元耦合方法(FDEM)建立含有不同数量初始椭圆裂纹的单轴压缩数值模型来模拟室内实验. 最后, 建... 要为研究初始裂纹对泥岩试件单轴压缩力学性质的影响, 首先, 对经过不同温度处理后的泥岩试件开展单轴压缩力学实验. 然后, 运用有限元-离散元耦合方法(FDEM)建立含有不同数量初始椭圆裂纹的单轴压缩数值模型来模拟室内实验. 最后, 建立一个分段损伤 模型揭示单轴压缩损伤演化过程. 通过研究发现模拟的应力-应变曲线与实验结果存在较好一致性, 实验和数值结果表明初始裂纹密度 对单轴压缩力学特性存在重要影响, 尤其是随着初始裂纹密度的增加, 初始非线性特征越明显, 而弹性模量和单轴抗压强度有所下降. 同时初始裂纹密度越大, 扩展的裂纹数量越少, 张拉破坏模式则越明显. 此外, 分段损伤本构模型能够很好地对应模拟和实验中的应力- 应变曲线. 对于初始非线性比较明显的岩石材料, 应该将岩石的损伤演化过程划分为初始损伤、损伤减少和损伤增加三个阶段. 展开更多
关键词 初始裂纹 单轴压缩 椭圆裂纹 单轴抗压强度 岩石材料 损伤演化过程 力学实验 应变曲线
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