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半弹簧接触模型及其在边坡破坏计算中的应用
被引量:
22
1
作者
冯春
李世海
刘晓宇
《力学学报》
EI
CSCD
北大核心
2011年第1期184-192,共9页
提出了一种用于判断、描述三维离散块体的接触状态,计算块体间接触力的半弹簧接触模型.该模型将一对接触块体分为母块体及子块体,半弹簧位于母块体上,由母块体各节点缩进至各母面面内形成,目标面位于子块体上.该模型根据半弹簧与目标面...
提出了一种用于判断、描述三维离散块体的接触状态,计算块体间接触力的半弹簧接触模型.该模型将一对接触块体分为母块体及子块体,半弹簧位于母块体上,由母块体各节点缩进至各母面面内形成,目标面位于子块体上.该模型根据半弹簧与目标面的几何关系直接计算接触力,无需耗费大量时间判断两个块体的接触类型及计算两个块体的接触面积.该模型可以解决准三维条件下地质体渐进破坏的计算,将该模型应用于边坡渐进破坏分析,计算结果与实际情况相符.
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关键词
块体离散元
cdem
接触探测
半弹簧
边坡
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职称材料
基于混合方法的二维水力压裂数值模拟
被引量:
21
2
作者
王理想
唐德泓
+2 位作者
李世海
王杰
冯春
《力学学报》
EI
CSCD
北大核心
2015年第6期973-983,共11页
水力压裂在页岩气开采中被广泛使用,采用数值方法研究压裂机理具有重要意义.基于连续-非连续单元法(CDEM)和中心型有限体积法(FVM),提出解决水力压裂流固耦合问题的二维混合数值计算模型.该混合模型中,使用CDEM求解应力场和裂缝扩展过程...
水力压裂在页岩气开采中被广泛使用,采用数值方法研究压裂机理具有重要意义.基于连续-非连续单元法(CDEM)和中心型有限体积法(FVM),提出解决水力压裂流固耦合问题的二维混合数值计算模型.该混合模型中,使用CDEM求解应力场和裂缝扩展过程,使用FVM求解裂隙渗流场.应力场、裂缝扩展和渗流场均使用显式迭代求解,并通过相互之间数据交换实现流固耦合.通过与KGD理论模型进行对比,验证数值模型的正确性.通过与颗粒离散元数值结果进行对比,验证数值模型的有效性.通过计算复杂缝网压裂模型,研究水力压裂机理,并说明该数值模型在水力压裂模拟中具有很好的前景.
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关键词
水力压裂
数值模拟
连续-非连续单元法
有限体积法
页岩气开采
复杂裂缝网络
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职称材料
含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法研究
被引量:
15
3
作者
王东
李广贺
+2 位作者
曹兰柱
徐晓惠
张立国
《中国安全科学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2019年第3期95-101,共7页
为了解决含顺倾弱层边坡弱层暴露长度的计算难题,综合考虑岩体赋存特征与滑体三维空间形态,构建含顺倾弱层边坡三维滑体的简化力学模型,分析滑体边界上的力学条件,基于极限平衡理论,推导获得确定弱层暴露长度的含顺倾弱层边坡三维稳定...
为了解决含顺倾弱层边坡弱层暴露长度的计算难题,综合考虑岩体赋存特征与滑体三维空间形态,构建含顺倾弱层边坡三维滑体的简化力学模型,分析滑体边界上的力学条件,基于极限平衡理论,推导获得确定弱层暴露长度的含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法。将该方法应用于白音华一号露天煤矿,并采用基于连续介质力学的离散元方法(CDEM)进行模拟验证。研究结果表明:白音华一号露天煤矿非工作帮边坡稳定系数Fs与弱层暴露长度L负相关,临界暴露长度约为500 m,允许暴露长度约为300 m;通过该方法确定的弱层暴露长度与模拟结果有显著的一致性。
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关键词
边坡稳定性
顺倾弱层
三维极限平衡法
暴露长度
基于连续介质力学的离散元方法(
cdem
)
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职称材料
煤层自燃防治与高温爆破安全技术中的若干力学问题
被引量:
9
4
作者
李世海
王理想
+2 位作者
冯春
郑炳旭
李战军
《爆破》
CSCD
北大核心
2015年第3期1-9,16,共10页
煤层自燃已经是我国大规模煤矿开采不可回避的问题。在高温环境下的煤矿爆破开采,既涉及到爆破的高温环境也需要改进高温爆破技术,其中认识高温爆破中的工程规律,是解决高温爆破技术的关键。首先对煤层自燃的条件进行了量纲分析,说明了...
煤层自燃已经是我国大规模煤矿开采不可回避的问题。在高温环境下的煤矿爆破开采,既涉及到爆破的高温环境也需要改进高温爆破技术,其中认识高温爆破中的工程规律,是解决高温爆破技术的关键。首先对煤层自燃的条件进行了量纲分析,说明了煤层中裂隙对流比热传导更容易诱发煤层自燃;煤体中的破裂场、气流场是煤层自燃的条件,单纯封堵裂缝隔绝空气的方法有短期效果,但地质体因煤层燃烧力学特性改变产生变形和破裂后,会死而复燃。讨论了井工开采诱发煤层自燃的机理以及相关科学问题,对井工开采分析了采空区上方冒落带、破裂带、沉降带与煤层自燃的关系,提出了地表长期封闭覆盖与自适应循环注水相结合的综合灭火方法。进而分析了露天矿开采高边坡稳定性与煤层自燃环境的关系,边坡开挖引起山体变形、开裂,形成破裂场是产生煤层自燃的基本要素。最后,分析了深孔爆破中,爆破技术可靠性中涉及的科学问题,介绍了利用循环水降温的方法。
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关键词
煤层自燃
高温爆破
量纲分析
连续-非连续单元法(
cdem
)
数值模拟
防治措施
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职称材料
双面高陡岩质边坡地震滑坡机制的研究
被引量:
7
5
作者
杨长卫
张建经
+1 位作者
张明
姚书灵
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2013年第11期3261-3268,共8页
以国道G213左侧双面高陡岩质边坡为原型,采用新型连续介质离散元计算方法(CDEM),结合振动台试验结果,对高烈度地震作用下双面高陡岩质边坡的地震滑坡机制进行了研究。结果表明:在地震力和重力作用下,滑体顶部先出现拉应力集中,造成滑体...
以国道G213左侧双面高陡岩质边坡为原型,采用新型连续介质离散元计算方法(CDEM),结合振动台试验结果,对高烈度地震作用下双面高陡岩质边坡的地震滑坡机制进行了研究。结果表明:在地震力和重力作用下,滑体顶部先出现拉应力集中,造成滑体沿滑体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点;之后随着地震动的持续,滑体结构面上的剪切破坏点逐渐向滑体中前部的锁固段扩展,同时伴随着滑体表面拉伸破坏点的增加;最终造成锁固段发生渐进性破坏,滑体从剪出口滑出形成滑坡。滑床、滑体间运动的不一致性、地震动能量分布和耗散的差异性以及随地震烈度增大结构面强度的降低是诱发滑坡的3项主控影响因素。在地震动加速度较小时,滑床、滑体内加速度的瞬时频率基本一致,滑体结构面的能量透射系数及滑体内地震动能量的控制性频带均稳定在一定范围内;随着地震烈度的增加,滑体内加速度的瞬时频率逐渐下降,滑体结构面的能量透射系数逐渐减小,最后两者均趋于稳定,同时滑体内地震动能量的控制性频带也逐渐由高频带向低频带转移。
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关键词
连续介质离散元法(
cdem
)
HILBERT-HUANG变换
地震
滑坡响应
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职称材料
水平层状围岩铁路隧道地震动力响应特征研究
被引量:
5
6
作者
欧尔峰
马学宁
严松宏
《铁道工程学报》
EI
北大核心
2018年第5期88-93,共6页
研究目的:中国汶川8.0级特大地震中,均出现了大量隧道结构的严重震害。国内学者对隧道结构抗震进行了细致深入的研究,主要集中在复杂地质及破碎地段隧道地震反应、偏压隧道与隧道洞口段地震反应、隧道抗减震研究等方面。虽然目前关于隧...
研究目的:中国汶川8.0级特大地震中,均出现了大量隧道结构的严重震害。国内学者对隧道结构抗震进行了细致深入的研究,主要集中在复杂地质及破碎地段隧道地震反应、偏压隧道与隧道洞口段地震反应、隧道抗减震研究等方面。虽然目前关于隧道与地下结构抗震分析的研究颇丰,但大多是按照均匀连续介质模型进行模拟,考虑水平层状围岩特性的隧道结构动力响应分析还不多见。本文基于连续介质力学的离散元方法软件CDEM模拟水平岩层的结构面特性,主要针对不同水平岩层的厚度和不同地震动输入方向,共计12种计算工况,分析隧道衬砌关键部位的动力响应特性。研究结论:(1)结构面(层面)存在会引起主应力增加,产生相对位移,降低加速度,尤其对穿越中厚层状围岩的隧道要加强措施;(2)地震动方向对隧道衬砌大主应力的影响比较明显,特别对拱顶、墙腰、仰拱的大主应力(压应力)影响比较大,对拱顶的影响尤其明显,且岩层越薄,影响越大;(3)地震动方向对隧道衬砌拱顶的拉应力影响特别大,在竖向地震作用下,拱顶的拉应力将超过1.54 MPa,当岩层层厚为0.2 m时将超过2.66 MPa,已经超过了混凝土的抗拉强度,水平层状围岩隧道拱顶衬砌需加强;(4)该研究结论对类似地质条件下地下工程的建设具有指导意义。
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关键词
水平层状围岩
地震响应
基于连续介质力学的离散元方法
数值分析
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职称材料
基于CDEM的砾岩压裂裂缝扩展三维数值模拟及主控因素分析
7
作者
徐泽昊
赵海洋
+2 位作者
刘向君
梁利喜
张文
《油气地质与采收率》
2025年第5期112-123,共12页
致密砾岩油气藏资源丰富,通常采用水平井分段压裂构建三维复杂缝网以提升低渗透储层产能。然而,砾岩的强非均质性导致裂缝扩展机理特殊,主控因素影响规律不明,压裂设计与裂缝形态预测面临挑战,制约高效体积改造。基于连续-非连续单元法(...
致密砾岩油气藏资源丰富,通常采用水平井分段压裂构建三维复杂缝网以提升低渗透储层产能。然而,砾岩的强非均质性导致裂缝扩展机理特殊,主控因素影响规律不明,压裂设计与裂缝形态预测面临挑战,制约高效体积改造。基于连续-非连续单元法(CDEM)构建含球形砾石的非均质立方体砾岩模型,模拟压裂裂缝三维扩展过程;定量表征破坏类型、穿砾率、储层改造体积(SRV)及分形维数等关键参数。通过皮尔逊相关系数法系统分析渗透性、砾石强度、胶结面强度、水平应力差等7项影响因素与裂缝参数的相关性,结合变异系数法确定主控因素权重,并基于最小二乘法构建SRV与分形维数的多参数非线性评价模型。研究结果表明,应力特征是影响SRV与裂缝分形维数的核心控制因素,水平应力差与两者均呈显著负相关(相关系数分别为-0.5639、-0.6117),其影响权重分别达31.2%和28.5%;砾石含量与穿砾率呈高度正相关,砾石破坏通常以Ⅰ型破坏为主,并形成低复杂度裂缝,但砾石强度提高与胶结面强度降低会诱发绕砾行为,促使裂缝分叉并提升分形维数。此外,分形维数与注入排量呈负相关,高注入排量导致形成主缝主导的简化裂缝体系;而渗透性对分形维数的敏感性(权重为11.5%)显著高于SRV(权重为6.58%),反映低渗透条件下压裂液渗流受限,抑制裂缝扩展规模,裂缝复杂度受储层渗流能力制约。
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关键词
连续-非连续单元法
数值模拟
砾岩压裂
裂缝形态
主控因素
相关性分析
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职称材料
岩体强度对牙轮单齿作用下破碎坑的体积及形态影响研究
被引量:
6
8
作者
郭汝坤
冯春
+1 位作者
李战军
李世海
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第10期2971-2978,共8页
借助连续-非连续单元法(CDEM),对牙轮钻单齿压入破岩的机制进行了探讨,研究了加载过程中破碎体积及破碎坑的演化规律,分析了岩体凝聚力和内摩擦角对单齿破岩体积及破碎坑形态的影响。数值计算结果表明,破碎坑基本上呈半椭球体,其宽深比...
借助连续-非连续单元法(CDEM),对牙轮钻单齿压入破岩的机制进行了探讨,研究了加载过程中破碎体积及破碎坑的演化规律,分析了岩体凝聚力和内摩擦角对单齿破岩体积及破碎坑形态的影响。数值计算结果表明,破碎坑基本上呈半椭球体,其宽深比仅受内摩擦角控制,随着内摩擦角的增加,破碎坑的宽深比减小。破碎坑的宽度、深度及单齿破岩体积可用齿压F、钻齿半径r、凝聚力c及内摩擦角?表征,基于数值计算结果给出了破碎坑的宽度、深度及单齿破岩体积定量表述的公式;基于相关理论公式,考虑各个同时与岩石接触的几个齿轮对岩石的损伤是相互影响的,引入单齿破岩体积的修正系数,建立了牙轮钻的工作参数(轴压、转速、进尺速度等)与岩体凝聚力及内摩擦角的函数关系。在鞍千矿南采区进行了牙轮钻随钻测试的现场试验,获得了不同岩性下的单齿破岩体积,并就近取样测试了岩体的凝聚力及内摩擦角。当修正系数取0.363时,现场测试结果与基于数值计算得到的单齿破岩体积基本一致,从而证明了数值计算及相关理论推导的正确性。研究成果可以为岩体强度的动态测试提供依据。
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关键词
单齿破岩体积
破岩机制
连续-非连续单元法(
cdem
)
钻进速度
岩体强度
破碎坑形态
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职称材料
贯入角度对截齿破岩性能与几何排布的影响研究
被引量:
3
9
作者
肖建成
卢景景
+2 位作者
周辉
徐福通
冯春
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第12期3372-3384,共13页
截齿贯入角度是双轮铣槽机布齿系统设计中的关键因素之一。基于连续-非连续单元法(CDEM),建立截齿不同角度冲击贯入破岩的数值模型,通过断裂能本构模型实现岩体弹性-损伤-断裂的破裂过程,开展截齿有效角度50°~90°区间内的9组...
截齿贯入角度是双轮铣槽机布齿系统设计中的关键因素之一。基于连续-非连续单元法(CDEM),建立截齿不同角度冲击贯入破岩的数值模型,通过断裂能本构模型实现岩体弹性-损伤-断裂的破裂过程,开展截齿有效角度50°~90°区间内的9组冲击贯入破岩模拟,研究贯入角度对截齿破岩性能的影响规律,讨论贯入角度对截齿几何排布的影响,总结布齿系统的截齿几何排布规律。结果表明,当贯入角度从90°降低到50°时,岩体由张拉-拉剪破裂向剪切-拉剪破裂转变,截齿平均贯入力与破碎程度提高,截齿的跃进式侵入特性的显著性减低;贯入角度为75°~90°的第Ⅰ类截齿与小于55°的第Ⅲ类截齿在破岩中起辅助作用,贯入角度为55°~75°的第Ⅱ类截齿可在岩体内部产生范围较大的水平非贯通裂隙,在布齿系统破碎岩体过程中发挥主要作用;2个第Ⅱ类截齿先后贯入岩体可较好地破碎截线间的岩体,可构成一类基本破岩单元,多个基本破岩单元按照正弦线形式排布,由此形成了一种布齿系统设计方法。研究成果为完善双轮铣槽机布齿系统设计方法,打破国外在双轮铣槽机布齿系统设计方法上的技术壁垒提供了理论基础。
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关键词
双轮铣槽机
冲击破岩机制
布齿系统
贯入角度
连续-非连续单元法(
cdem
)
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职称材料
双轮铣槽机铣削过程及截齿入岩顺序优化研究
被引量:
2
10
作者
肖建成
周辉
+2 位作者
卢景景
冯春
徐福通
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第4期981-994,共14页
双轮铣槽机(简称“双轮铣”)是地下连续墙的专业施工装备,布齿系统是其核心部件,其参数设计与破岩性能密切相关。基于连续-非连续单元法(CDEM),建立了铣轮铣削岩土体过程的三维仿真模拟方法。在此基础上,考虑自由面与铣削关联性等因素,...
双轮铣槽机(简称“双轮铣”)是地下连续墙的专业施工装备,布齿系统是其核心部件,其参数设计与破岩性能密切相关。基于连续-非连续单元法(CDEM),建立了铣轮铣削岩土体过程的三维仿真模拟方法。在此基础上,考虑自由面与铣削关联性等因素,对布齿系统截齿入岩顺序影响破岩性能机制进行了研究,建立了关联铣削条件下以预置相邻自由面数目为主要影响因素的入岩顺序数值概化模型。结果表明:(1)获得的铣轮铣削岩土体的铣削力与铣削深度曲线,验证了此数值模拟方法的正确性;(2)相比于完整岩体,具有单相邻预设自由面与双相邻预设自由面岩样的峰值荷载分别下降了32.5%与68.2%,破岩能耗分别下降了19.8%与56.6%;(3)布齿系统中双相邻预设自由面的截齿占总体截齿数目比值越大,布齿系统整体能耗越低,异构式布齿系统能耗低于顺序式。研究成果为完善双轮铣槽机破岩过程与布齿系统优化提供了基础。
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关键词
双轮铣槽机
布齿系统
优化应用
连续-非连续单元法(
cdem
)
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职称材料
玛湖致密砾岩裂缝干扰规律
被引量:
1
11
作者
潘玉婷
刘鹏宇
+3 位作者
石善志
王涛
申颍浩
葛洪魁
《科学技术与工程》
北大核心
2022年第23期10050-10058,共9页
玛湖致密砾岩油藏是目前重要的陆上原油上产的主要组成部分,系统的油藏工程评价显示,其裂缝的扩展规律与页岩为代表的非常规储层具有典型的差异,“绕砾成缝”是其重要的控制机理,裂缝的干扰特征也有显著的差异。基于考虑“基质本构、固...
玛湖致密砾岩油藏是目前重要的陆上原油上产的主要组成部分,系统的油藏工程评价显示,其裂缝的扩展规律与页岩为代表的非常规储层具有典型的差异,“绕砾成缝”是其重要的控制机理,裂缝的干扰特征也有显著的差异。基于考虑“基质本构、固液耦合、任意方向破裂表征”的离散元计算模型,研究了砾岩油藏裂缝扩展过程中的干扰规律。研究表明,应力差较小情况下,裂缝受到砾石吸引作用大于应力差作用,加之裂缝间的相互作用,使得裂缝逐渐向两侧发育,裂缝受到砾石阻碍作用,导致相互贯通,裂缝向两侧发育消耗能量,导致裂缝较短,在应力差较大的情况下,应力差作用大于裂缝受到砾石吸引作用,裂缝沿着最大主应力方向发育,裂缝集中发育,主裂缝较长。应力和砾石共同作用下的裂缝和干扰机理的研究为后期不同应力差条件下的合理改造和开发对策提供重要的支撑。
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关键词
砾岩
裂缝干扰
数值模拟
连续介质离散元方法
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职称材料
基于概率统计的土石混合体边坡可靠度分析方法
被引量:
5
12
作者
张健萍
周东
《中国安全科学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2018年第5期141-146,共6页
为确切描述边坡实际状态,更准确评估边坡稳定性,提出一种基于概率统计的边坡可靠度分析方法。该方法考虑土石混合体边坡平均强度的不确定性和强度在空间上的变异性,综合利用蒙特卡罗方法和连续非连续单元法(CDEM)计算评估边坡可靠程度...
为确切描述边坡实际状态,更准确评估边坡稳定性,提出一种基于概率统计的边坡可靠度分析方法。该方法考虑土石混合体边坡平均强度的不确定性和强度在空间上的变异性,综合利用蒙特卡罗方法和连续非连续单元法(CDEM)计算评估边坡可靠程度;将坡体表面的相对位移量作为基本指标,从定性和定量2个方面确定边坡的失稳标准;通过分析一个典型的土石混合体边坡,获得边坡在不同强度分布和强度等级下的可靠度,并结合一个实例对文中方法的有效性进行验证。结果表明:边坡强度的分布特性对边坡的变形失稳结果有较大影响,利用基于概率统计的可靠度分析方法可建立边坡稳定性与岩土材料强度特性的关系。
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关键词
土石混合体边坡
可靠度
概率统计
双重变异性
连续非连续单元法(
cdem
)
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职称材料
复合冲击作用下PDC钻齿破岩过程连续-非连续数值模拟研究
被引量:
3
13
作者
秦承帅
孙洪斌
+4 位作者
李利平
刘学港
刘知辉
冯春
孙子正
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第9期109-120,共12页
复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法...
复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法(Continuous Discontinuous Element Method,CDEM),建立基于共享节点的FEM-DEM岩石模型,再通过室内单轴压缩实验验证该计算模型的合理性。基于JavaScript二次开发,建立单钻齿复合冲击运动模型,并模拟PDC单钻齿在正弦函数下的复合冲击破岩过程。通过对岩屑、径向剪切裂纹、侧向裂纹和侧向主裂纹等形成过程的分析,揭示岩石在复合冲击作用下的破坏规律。在此基础上,建立单钻齿复合冲击切削力学模型,开发适用于分析复合冲击破岩钻进的连续-非连续数值算法,分析不同切削深度、前倾角度、轴向冲击速度、扭转冲击速度下的破岩效果,探讨不同钻齿参数下的切削力和破岩规律。结果表明:复合冲击作用下钻齿前方和下方岩石均发生大体积破碎,可实现“立体破岩”效果,进而减小钻头的粘滑效应。钻齿与岩层的接触面积、接触弧长、冲击能量的分配效果是影响复合冲击破岩效率的关键因素。岩层的破碎体积随着切入深度的增大而增大,但钻齿所受的切削力也会同步增大;冲击角度影响冲击能量在水平和垂直方向的分布效果,较小的前倾角度下钻齿破岩体积较大;提高轴向冲击速度和扭转冲击速度可提高岩层破碎体积,但钻齿所受的切削力也相对较大,不利于钻具寿命的延长。研究结果可对提高不同工况下的破岩效率、优化PDC钻齿设计参数、延长钻具使用寿命等提供借鉴意义。
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关键词
破岩
复合冲击钻进
PDC钻齿
破岩机理
连续-非连续分析方法
数值模拟
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职称材料
一维轴对称杆件爆源模型及其在台阶爆破模拟中的应用
14
作者
朱心广
冯春
+2 位作者
王心泉
程鹏达
高圣元
《爆炸与冲击》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第11期143-153,共11页
为了解决在实体炮孔建模时需要加密网格、计算量大等问题,提出了一种一维轴对称爆源模型:利用一维线状杆件表述炮孔及炸药,实体单元表述周围岩体,通过杆件节点与实体单元的拓扑关系,将杆件节点上的爆生气体压力施加至周围实体单元上,并...
为了解决在实体炮孔建模时需要加密网格、计算量大等问题,提出了一种一维轴对称爆源模型:利用一维线状杆件表述炮孔及炸药,实体单元表述周围岩体,通过杆件节点与实体单元的拓扑关系,将杆件节点上的爆生气体压力施加至周围实体单元上,并根据实体单元的体应变计算出杆件节点处的横截面变化情况,从而实现模拟炸药与周围岩体的相互作用。通过与实体炮孔模型的数值对比分析,发现压力衰减指数为1.25时,一维轴对称爆源模型获得的径向质点峰值振动速度(peak particle velocity,PPV)衰减规律及振动速度时程曲线与实体炮孔模型基本一致,证明了该模型在模拟爆破问题中的精确性。针对混凝土块动态爆破破坏特性的研究,通过与文献对比分析,进一步验证了该模型的正确性。为验证该一维轴对称爆源模型在台阶爆破模拟中的应用,以鞍钢露天铁矿台阶爆破开采为研究对象,建立了5排50炮孔三维台阶爆破概化模型,模拟了爆区内露天边坡的损伤破坏状态。数值计算结果表明,爆区内拉伸破坏为主,并且除了离爆源较近的第一个测点外,其余测点处的振动速度峰值大小及其随距离的变化规律与现场实测数据基本一致,证明了所提爆源模型在三维台阶爆破远场模拟的可行性。
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关键词
杆件爆源模型
台阶爆破
连续-非连续单元法
振动速度峰值
数值模拟
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职称材料
题名
半弹簧接触模型及其在边坡破坏计算中的应用
被引量:
22
1
作者
冯春
李世海
刘晓宇
机构
中国科学院力学研究所环境力学重点实验室
出处
《力学学报》
EI
CSCD
北大核心
2011年第1期184-192,共9页
基金
国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB731506)
国家自然科学基金重点项目(10632100)
中国科学院重要方向性项目(KJCX2-YW-L01)资助~~
文摘
提出了一种用于判断、描述三维离散块体的接触状态,计算块体间接触力的半弹簧接触模型.该模型将一对接触块体分为母块体及子块体,半弹簧位于母块体上,由母块体各节点缩进至各母面面内形成,目标面位于子块体上.该模型根据半弹簧与目标面的几何关系直接计算接触力,无需耗费大量时间判断两个块体的接触类型及计算两个块体的接触面积.该模型可以解决准三维条件下地质体渐进破坏的计算,将该模型应用于边坡渐进破坏分析,计算结果与实际情况相符.
关键词
块体离散元
cdem
接触探测
半弹簧
边坡
Keywords
block distinct
element
method
cdem
contact detecting
semi-spring
slope
分类号
O332 [理学—一般力学与力学基础]
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职称材料
题名
基于混合方法的二维水力压裂数值模拟
被引量:
21
2
作者
王理想
唐德泓
李世海
王杰
冯春
机构
中国科学院力学研究所
出处
《力学学报》
EI
CSCD
北大核心
2015年第6期973-983,共11页
基金
中国科学院战略性先导科技专项(B类)(XDB10030303)
国家自然科学基金(51374196
+1 种基金
11002146
11302229)资助项目~~
文摘
水力压裂在页岩气开采中被广泛使用,采用数值方法研究压裂机理具有重要意义.基于连续-非连续单元法(CDEM)和中心型有限体积法(FVM),提出解决水力压裂流固耦合问题的二维混合数值计算模型.该混合模型中,使用CDEM求解应力场和裂缝扩展过程,使用FVM求解裂隙渗流场.应力场、裂缝扩展和渗流场均使用显式迭代求解,并通过相互之间数据交换实现流固耦合.通过与KGD理论模型进行对比,验证数值模型的正确性.通过与颗粒离散元数值结果进行对比,验证数值模型的有效性.通过计算复杂缝网压裂模型,研究水力压裂机理,并说明该数值模型在水力压裂模拟中具有很好的前景.
关键词
水力压裂
数值模拟
连续-非连续单元法
有限体积法
页岩气开采
复杂裂缝网络
Keywords
hydraulic fracturing(HF)
numerical simulation
continuous-discontinuous
element
method
(
cdem
)
finite volume
method
(FVM)
shale gas exploitation
complex fracture network
分类号
TU45 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法研究
被引量:
15
3
作者
王东
李广贺
曹兰柱
徐晓惠
张立国
机构
辽宁工程技术大学矿业学院
内蒙古平庄能源股份有限公司
出处
《中国安全科学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2019年第3期95-101,共7页
基金
国家自然科学基金资助(51874160)
辽宁省高等学校创新人才支持计划项目(LR2016039)
文摘
为了解决含顺倾弱层边坡弱层暴露长度的计算难题,综合考虑岩体赋存特征与滑体三维空间形态,构建含顺倾弱层边坡三维滑体的简化力学模型,分析滑体边界上的力学条件,基于极限平衡理论,推导获得确定弱层暴露长度的含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法。将该方法应用于白音华一号露天煤矿,并采用基于连续介质力学的离散元方法(CDEM)进行模拟验证。研究结果表明:白音华一号露天煤矿非工作帮边坡稳定系数Fs与弱层暴露长度L负相关,临界暴露长度约为500 m,允许暴露长度约为300 m;通过该方法确定的弱层暴露长度与模拟结果有显著的一致性。
关键词
边坡稳定性
顺倾弱层
三维极限平衡法
暴露长度
基于连续介质力学的离散元方法(
cdem
)
Keywords
slope stability
inclined weak-layer
three-dimensional limit equilibrium
method
exposed length
continuum-based discrete
element
method
(
cdem
)
分类号
X928. [环境科学与工程—安全科学]
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职称材料
题名
煤层自燃防治与高温爆破安全技术中的若干力学问题
被引量:
9
4
作者
李世海
王理想
冯春
郑炳旭
李战军
机构
中国科学院力学研究所
广东宏大爆破股份有限公司
出处
《爆破》
CSCD
北大核心
2015年第3期1-9,16,共10页
基金
中国科学院战略性先导科技专项(XDB10030303)
国家自然科学基金项目(51374196)
+1 种基金
国家自然科学基金青年基金项目(11002146
11302229)
文摘
煤层自燃已经是我国大规模煤矿开采不可回避的问题。在高温环境下的煤矿爆破开采,既涉及到爆破的高温环境也需要改进高温爆破技术,其中认识高温爆破中的工程规律,是解决高温爆破技术的关键。首先对煤层自燃的条件进行了量纲分析,说明了煤层中裂隙对流比热传导更容易诱发煤层自燃;煤体中的破裂场、气流场是煤层自燃的条件,单纯封堵裂缝隔绝空气的方法有短期效果,但地质体因煤层燃烧力学特性改变产生变形和破裂后,会死而复燃。讨论了井工开采诱发煤层自燃的机理以及相关科学问题,对井工开采分析了采空区上方冒落带、破裂带、沉降带与煤层自燃的关系,提出了地表长期封闭覆盖与自适应循环注水相结合的综合灭火方法。进而分析了露天矿开采高边坡稳定性与煤层自燃环境的关系,边坡开挖引起山体变形、开裂,形成破裂场是产生煤层自燃的基本要素。最后,分析了深孔爆破中,爆破技术可靠性中涉及的科学问题,介绍了利用循环水降温的方法。
关键词
煤层自燃
高温爆破
量纲分析
连续-非连续单元法(
cdem
)
数值模拟
防治措施
Keywords
spontaneous combustion of coal
high-temperature blasting
dimensional analysis
Continuous-Dis-continuous
element
method
(
cdem
)
numerical simulation
safety measures
分类号
O389 [理学—流体力学]
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职称材料
题名
双面高陡岩质边坡地震滑坡机制的研究
被引量:
7
5
作者
杨长卫
张建经
张明
姚书灵
机构
西南交通大学土木工程学院
郑州中核岩土工程有限公司
出处
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2013年第11期3261-3268,共8页
基金
国家自然基金重大研究计划(No.41030742)
省部级科研研究项目(No.A0220110003)
2012年西南交通大学优秀博士学位论文培育项目
文摘
以国道G213左侧双面高陡岩质边坡为原型,采用新型连续介质离散元计算方法(CDEM),结合振动台试验结果,对高烈度地震作用下双面高陡岩质边坡的地震滑坡机制进行了研究。结果表明:在地震力和重力作用下,滑体顶部先出现拉应力集中,造成滑体沿滑体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点;之后随着地震动的持续,滑体结构面上的剪切破坏点逐渐向滑体中前部的锁固段扩展,同时伴随着滑体表面拉伸破坏点的增加;最终造成锁固段发生渐进性破坏,滑体从剪出口滑出形成滑坡。滑床、滑体间运动的不一致性、地震动能量分布和耗散的差异性以及随地震烈度增大结构面强度的降低是诱发滑坡的3项主控影响因素。在地震动加速度较小时,滑床、滑体内加速度的瞬时频率基本一致,滑体结构面的能量透射系数及滑体内地震动能量的控制性频带均稳定在一定范围内;随着地震烈度的增加,滑体内加速度的瞬时频率逐渐下降,滑体结构面的能量透射系数逐渐减小,最后两者均趋于稳定,同时滑体内地震动能量的控制性频带也逐渐由高频带向低频带转移。
关键词
连续介质离散元法(
cdem
)
HILBERT-HUANG变换
地震
滑坡响应
Keywords
Continuum-discrete
element
method
(
cdem
)
Hilbert-Huang transform
earthquake
landslide responses
分类号
TU457 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
水平层状围岩铁路隧道地震动力响应特征研究
被引量:
5
6
作者
欧尔峰
马学宁
严松宏
机构
兰州交通大学
出处
《铁道工程学报》
EI
北大核心
2018年第5期88-93,共6页
基金
国家自然科学基金项目(41562014
51268030)
文摘
研究目的:中国汶川8.0级特大地震中,均出现了大量隧道结构的严重震害。国内学者对隧道结构抗震进行了细致深入的研究,主要集中在复杂地质及破碎地段隧道地震反应、偏压隧道与隧道洞口段地震反应、隧道抗减震研究等方面。虽然目前关于隧道与地下结构抗震分析的研究颇丰,但大多是按照均匀连续介质模型进行模拟,考虑水平层状围岩特性的隧道结构动力响应分析还不多见。本文基于连续介质力学的离散元方法软件CDEM模拟水平岩层的结构面特性,主要针对不同水平岩层的厚度和不同地震动输入方向,共计12种计算工况,分析隧道衬砌关键部位的动力响应特性。研究结论:(1)结构面(层面)存在会引起主应力增加,产生相对位移,降低加速度,尤其对穿越中厚层状围岩的隧道要加强措施;(2)地震动方向对隧道衬砌大主应力的影响比较明显,特别对拱顶、墙腰、仰拱的大主应力(压应力)影响比较大,对拱顶的影响尤其明显,且岩层越薄,影响越大;(3)地震动方向对隧道衬砌拱顶的拉应力影响特别大,在竖向地震作用下,拱顶的拉应力将超过1.54 MPa,当岩层层厚为0.2 m时将超过2.66 MPa,已经超过了混凝土的抗拉强度,水平层状围岩隧道拱顶衬砌需加强;(4)该研究结论对类似地质条件下地下工程的建设具有指导意义。
关键词
水平层状围岩
地震响应
基于连续介质力学的离散元方法
数值分析
Keywords
horizontal layered surrounding rock
seismic response
Continuum -based Discrete
element
method
(
cdem
)
numerical analysis
分类号
U452.2 [建筑科学—桥梁与隧道工程]
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职称材料
题名
基于CDEM的砾岩压裂裂缝扩展三维数值模拟及主控因素分析
7
作者
徐泽昊
赵海洋
刘向君
梁利喜
张文
机构
中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院
出处
《油气地质与采收率》
2025年第5期112-123,共12页
文摘
致密砾岩油气藏资源丰富,通常采用水平井分段压裂构建三维复杂缝网以提升低渗透储层产能。然而,砾岩的强非均质性导致裂缝扩展机理特殊,主控因素影响规律不明,压裂设计与裂缝形态预测面临挑战,制约高效体积改造。基于连续-非连续单元法(CDEM)构建含球形砾石的非均质立方体砾岩模型,模拟压裂裂缝三维扩展过程;定量表征破坏类型、穿砾率、储层改造体积(SRV)及分形维数等关键参数。通过皮尔逊相关系数法系统分析渗透性、砾石强度、胶结面强度、水平应力差等7项影响因素与裂缝参数的相关性,结合变异系数法确定主控因素权重,并基于最小二乘法构建SRV与分形维数的多参数非线性评价模型。研究结果表明,应力特征是影响SRV与裂缝分形维数的核心控制因素,水平应力差与两者均呈显著负相关(相关系数分别为-0.5639、-0.6117),其影响权重分别达31.2%和28.5%;砾石含量与穿砾率呈高度正相关,砾石破坏通常以Ⅰ型破坏为主,并形成低复杂度裂缝,但砾石强度提高与胶结面强度降低会诱发绕砾行为,促使裂缝分叉并提升分形维数。此外,分形维数与注入排量呈负相关,高注入排量导致形成主缝主导的简化裂缝体系;而渗透性对分形维数的敏感性(权重为11.5%)显著高于SRV(权重为6.58%),反映低渗透条件下压裂液渗流受限,抑制裂缝扩展规模,裂缝复杂度受储层渗流能力制约。
关键词
连续-非连续单元法
数值模拟
砾岩压裂
裂缝形态
主控因素
相关性分析
Keywords
continuum-discontinuum
element
method
(
cdem
)
numerical simulation
conglomerate fracturing
fracture morphology
dominant controlling factor
correlation analysis
分类号
TE357.1 [石油与天然气工程]
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职称材料
题名
岩体强度对牙轮单齿作用下破碎坑的体积及形态影响研究
被引量:
6
8
作者
郭汝坤
冯春
李战军
李世海
机构
中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室
广东宏大爆破股份有限公司
出处
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2016年第10期2971-2978,共8页
基金
国家重点基础研究发展计划项目(973计划)(No.2015CB250903)
中国科学院战略性先导科技专项(B类)(No.XDB10030303)
广东宏大爆破股份有限公司"基于数字模拟的露天爆破设计软件"研发项目资助~~
文摘
借助连续-非连续单元法(CDEM),对牙轮钻单齿压入破岩的机制进行了探讨,研究了加载过程中破碎体积及破碎坑的演化规律,分析了岩体凝聚力和内摩擦角对单齿破岩体积及破碎坑形态的影响。数值计算结果表明,破碎坑基本上呈半椭球体,其宽深比仅受内摩擦角控制,随着内摩擦角的增加,破碎坑的宽深比减小。破碎坑的宽度、深度及单齿破岩体积可用齿压F、钻齿半径r、凝聚力c及内摩擦角?表征,基于数值计算结果给出了破碎坑的宽度、深度及单齿破岩体积定量表述的公式;基于相关理论公式,考虑各个同时与岩石接触的几个齿轮对岩石的损伤是相互影响的,引入单齿破岩体积的修正系数,建立了牙轮钻的工作参数(轴压、转速、进尺速度等)与岩体凝聚力及内摩擦角的函数关系。在鞍千矿南采区进行了牙轮钻随钻测试的现场试验,获得了不同岩性下的单齿破岩体积,并就近取样测试了岩体的凝聚力及内摩擦角。当修正系数取0.363时,现场测试结果与基于数值计算得到的单齿破岩体积基本一致,从而证明了数值计算及相关理论推导的正确性。研究成果可以为岩体强度的动态测试提供依据。
关键词
单齿破岩体积
破岩机制
连续-非连续单元法(
cdem
)
钻进速度
岩体强度
破碎坑形态
Keywords
rock fragmental volume under single tooth
rock fracture mechanism
continuous-discontinuous
element
method
(
cdem
)
drilling speed
strength of rock mass
shape of fragmental pit
分类号
TU452 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
贯入角度对截齿破岩性能与几何排布的影响研究
被引量:
3
9
作者
肖建成
卢景景
周辉
徐福通
冯春
机构
中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室
中国科学院大学
中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室
出处
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第12期3372-3384,共13页
基金
国家自然科学基金(No.41941018)
中国科学院基础前沿科学研究计划(No.ZDBS-LY-DQC022)
武汉市知识创新专项-基础研究项目(No.2022010801010160)。
文摘
截齿贯入角度是双轮铣槽机布齿系统设计中的关键因素之一。基于连续-非连续单元法(CDEM),建立截齿不同角度冲击贯入破岩的数值模型,通过断裂能本构模型实现岩体弹性-损伤-断裂的破裂过程,开展截齿有效角度50°~90°区间内的9组冲击贯入破岩模拟,研究贯入角度对截齿破岩性能的影响规律,讨论贯入角度对截齿几何排布的影响,总结布齿系统的截齿几何排布规律。结果表明,当贯入角度从90°降低到50°时,岩体由张拉-拉剪破裂向剪切-拉剪破裂转变,截齿平均贯入力与破碎程度提高,截齿的跃进式侵入特性的显著性减低;贯入角度为75°~90°的第Ⅰ类截齿与小于55°的第Ⅲ类截齿在破岩中起辅助作用,贯入角度为55°~75°的第Ⅱ类截齿可在岩体内部产生范围较大的水平非贯通裂隙,在布齿系统破碎岩体过程中发挥主要作用;2个第Ⅱ类截齿先后贯入岩体可较好地破碎截线间的岩体,可构成一类基本破岩单元,多个基本破岩单元按照正弦线形式排布,由此形成了一种布齿系统设计方法。研究成果为完善双轮铣槽机布齿系统设计方法,打破国外在双轮铣槽机布齿系统设计方法上的技术壁垒提供了理论基础。
关键词
双轮铣槽机
冲击破岩机制
布齿系统
贯入角度
连续-非连续单元法(
cdem
)
Keywords
double-wheel trench cutter
impact rock breaking mechanism
tooth arrangement system
penetration angle
continuum-discontinuum
element
method
(
cdem
)
分类号
TU94 [建筑科学—建筑技术科学]
TU452 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
双轮铣槽机铣削过程及截齿入岩顺序优化研究
被引量:
2
10
作者
肖建成
周辉
卢景景
冯春
徐福通
机构
中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室
中国科学院大学
中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室
出处
《岩土力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第4期981-994,共14页
基金
国家自然科学基金(No.41941018)
中国科学院基础前沿科学研究计划(No.ZDBS-LY-DQC022)
+1 种基金
中国科学院科技服务网络计划(STS计划)项目(No.KFJ-STS-QYZD-174)
华能集团科技项目(No.HNKJ19-H14)。
文摘
双轮铣槽机(简称“双轮铣”)是地下连续墙的专业施工装备,布齿系统是其核心部件,其参数设计与破岩性能密切相关。基于连续-非连续单元法(CDEM),建立了铣轮铣削岩土体过程的三维仿真模拟方法。在此基础上,考虑自由面与铣削关联性等因素,对布齿系统截齿入岩顺序影响破岩性能机制进行了研究,建立了关联铣削条件下以预置相邻自由面数目为主要影响因素的入岩顺序数值概化模型。结果表明:(1)获得的铣轮铣削岩土体的铣削力与铣削深度曲线,验证了此数值模拟方法的正确性;(2)相比于完整岩体,具有单相邻预设自由面与双相邻预设自由面岩样的峰值荷载分别下降了32.5%与68.2%,破岩能耗分别下降了19.8%与56.6%;(3)布齿系统中双相邻预设自由面的截齿占总体截齿数目比值越大,布齿系统整体能耗越低,异构式布齿系统能耗低于顺序式。研究成果为完善双轮铣槽机破岩过程与布齿系统优化提供了基础。
关键词
双轮铣槽机
布齿系统
优化应用
连续-非连续单元法(
cdem
)
Keywords
double-wheel trench cutter
tooth arrangement system
optimization and application
continuum-discontinuum
element
method
(
cdem
)
分类号
TU94 [建筑科学—建筑技术科学]
TU452 [建筑科学—岩土工程]
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职称材料
题名
玛湖致密砾岩裂缝干扰规律
被引量:
1
11
作者
潘玉婷
刘鹏宇
石善志
王涛
申颍浩
葛洪魁
机构
中国石油新疆油田分公司工程技术研究院
中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院
出处
《科学技术与工程》
北大核心
2022年第23期10050-10058,共9页
基金
中国石油战略合作科技专项(ZLZX2020-01)。
文摘
玛湖致密砾岩油藏是目前重要的陆上原油上产的主要组成部分,系统的油藏工程评价显示,其裂缝的扩展规律与页岩为代表的非常规储层具有典型的差异,“绕砾成缝”是其重要的控制机理,裂缝的干扰特征也有显著的差异。基于考虑“基质本构、固液耦合、任意方向破裂表征”的离散元计算模型,研究了砾岩油藏裂缝扩展过程中的干扰规律。研究表明,应力差较小情况下,裂缝受到砾石吸引作用大于应力差作用,加之裂缝间的相互作用,使得裂缝逐渐向两侧发育,裂缝受到砾石阻碍作用,导致相互贯通,裂缝向两侧发育消耗能量,导致裂缝较短,在应力差较大的情况下,应力差作用大于裂缝受到砾石吸引作用,裂缝沿着最大主应力方向发育,裂缝集中发育,主裂缝较长。应力和砾石共同作用下的裂缝和干扰机理的研究为后期不同应力差条件下的合理改造和开发对策提供重要的支撑。
关键词
砾岩
裂缝干扰
数值模拟
连续介质离散元方法
Keywords
conglomerate
crack interference
numerical simulation
continuum-based distinct
element
method
(
cdem
)
分类号
TE349 [石油与天然气工程—油气田开发工程]
P618 [天文地球—矿床学]
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职称材料
题名
基于概率统计的土石混合体边坡可靠度分析方法
被引量:
5
12
作者
张健萍
周东
机构
中国民用航空飞行学院民航安全工程学院
中国科学院力学研究所
出处
《中国安全科学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2018年第5期141-146,共6页
文摘
为确切描述边坡实际状态,更准确评估边坡稳定性,提出一种基于概率统计的边坡可靠度分析方法。该方法考虑土石混合体边坡平均强度的不确定性和强度在空间上的变异性,综合利用蒙特卡罗方法和连续非连续单元法(CDEM)计算评估边坡可靠程度;将坡体表面的相对位移量作为基本指标,从定性和定量2个方面确定边坡的失稳标准;通过分析一个典型的土石混合体边坡,获得边坡在不同强度分布和强度等级下的可靠度,并结合一个实例对文中方法的有效性进行验证。结果表明:边坡强度的分布特性对边坡的变形失稳结果有较大影响,利用基于概率统计的可靠度分析方法可建立边坡稳定性与岩土材料强度特性的关系。
关键词
土石混合体边坡
可靠度
概率统计
双重变异性
连续非连续单元法(
cdem
)
Keywords
earth-rock aggregate slope
reliability
probability statistics
dual variability
continuum-discontinuum
element
method
(
cdem
)
分类号
X935 [环境科学与工程—安全科学]
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职称材料
题名
复合冲击作用下PDC钻齿破岩过程连续-非连续数值模拟研究
被引量:
3
13
作者
秦承帅
孙洪斌
李利平
刘学港
刘知辉
冯春
孙子正
机构
山东大学齐鲁交通学院
山东铁路投资控股集团有限公司
中国科学院力学研究所
山东大学深圳研究院
出处
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第9期109-120,共12页
基金
山东铁投集团科研项目(TTKJ2021-06)
深圳市科技计划项目(GJHZ20200731095006019)
+1 种基金
济南重工集团有限公司科研项目(JtZlgh-2020-007)
山东省自然科学基金青年项目(ZR2022QE021)。
文摘
复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法(Continuous Discontinuous Element Method,CDEM),建立基于共享节点的FEM-DEM岩石模型,再通过室内单轴压缩实验验证该计算模型的合理性。基于JavaScript二次开发,建立单钻齿复合冲击运动模型,并模拟PDC单钻齿在正弦函数下的复合冲击破岩过程。通过对岩屑、径向剪切裂纹、侧向裂纹和侧向主裂纹等形成过程的分析,揭示岩石在复合冲击作用下的破坏规律。在此基础上,建立单钻齿复合冲击切削力学模型,开发适用于分析复合冲击破岩钻进的连续-非连续数值算法,分析不同切削深度、前倾角度、轴向冲击速度、扭转冲击速度下的破岩效果,探讨不同钻齿参数下的切削力和破岩规律。结果表明:复合冲击作用下钻齿前方和下方岩石均发生大体积破碎,可实现“立体破岩”效果,进而减小钻头的粘滑效应。钻齿与岩层的接触面积、接触弧长、冲击能量的分配效果是影响复合冲击破岩效率的关键因素。岩层的破碎体积随着切入深度的增大而增大,但钻齿所受的切削力也会同步增大;冲击角度影响冲击能量在水平和垂直方向的分布效果,较小的前倾角度下钻齿破岩体积较大;提高轴向冲击速度和扭转冲击速度可提高岩层破碎体积,但钻齿所受的切削力也相对较大,不利于钻具寿命的延长。研究结果可对提高不同工况下的破岩效率、优化PDC钻齿设计参数、延长钻具使用寿命等提供借鉴意义。
关键词
破岩
复合冲击钻进
PDC钻齿
破岩机理
连续-非连续分析方法
数值模拟
Keywords
rock breaking
composite impact drilling
PDC drill bit
rock breaking mechanism
continuous-discontinuous
element
method
(
cdem
)
numerical simulation
分类号
TV554 [水利工程—水利水电工程]
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职称材料
题名
一维轴对称杆件爆源模型及其在台阶爆破模拟中的应用
14
作者
朱心广
冯春
王心泉
程鹏达
高圣元
机构
中国科学院力学研究所
中国科学院大学工程科学学院
煤炭科学研究总院
出处
《爆炸与冲击》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第11期143-153,共11页
基金
科技部国家重点研发项目(2018YFC1505504)。
文摘
为了解决在实体炮孔建模时需要加密网格、计算量大等问题,提出了一种一维轴对称爆源模型:利用一维线状杆件表述炮孔及炸药,实体单元表述周围岩体,通过杆件节点与实体单元的拓扑关系,将杆件节点上的爆生气体压力施加至周围实体单元上,并根据实体单元的体应变计算出杆件节点处的横截面变化情况,从而实现模拟炸药与周围岩体的相互作用。通过与实体炮孔模型的数值对比分析,发现压力衰减指数为1.25时,一维轴对称爆源模型获得的径向质点峰值振动速度(peak particle velocity,PPV)衰减规律及振动速度时程曲线与实体炮孔模型基本一致,证明了该模型在模拟爆破问题中的精确性。针对混凝土块动态爆破破坏特性的研究,通过与文献对比分析,进一步验证了该模型的正确性。为验证该一维轴对称爆源模型在台阶爆破模拟中的应用,以鞍钢露天铁矿台阶爆破开采为研究对象,建立了5排50炮孔三维台阶爆破概化模型,模拟了爆区内露天边坡的损伤破坏状态。数值计算结果表明,爆区内拉伸破坏为主,并且除了离爆源较近的第一个测点外,其余测点处的振动速度峰值大小及其随距离的变化规律与现场实测数据基本一致,证明了所提爆源模型在三维台阶爆破远场模拟的可行性。
关键词
杆件爆源模型
台阶爆破
连续-非连续单元法
振动速度峰值
数值模拟
Keywords
one-dimensional axisymmetric explosive model
bench blasting
continuous-discontinuous
element
method
(
cdem
)
peak particle velocity
numerical simulation
分类号
O389 [理学—流体力学]
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