三维连续-非连续并行计算方法及其在岩爆过程模拟中的应用

随着深部岩石工程的发展,岩爆变得越发严重。在岩爆的数值模拟方面,连续方法和非连续方法均具有一定的局限性。兼具二者优势的连续-非连续方法更具优势,且正在快速发展。基于CUDA对自主开发的三维拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法进行了GPU并行加速。为了探索岩爆的机理和过程,模拟了不同静水压力、侧压系数和单元数目（最多达100×10⁴）条件下圆形洞室围岩V形坑的演化规律和单元弹射现象。考察了洞室围岩中裂纹的定量演化规律。研究表明：当静水压力较大时,基于芬纳公式的支护设计偏于不安全。由于V形坑的位置发生改变,V形坑的平均最大深度随着静水压力的增加先缓慢增加后快速增加。关于洞室围岩V形坑的模拟结果能与有关的实验结果、数值结果和现场观测结果吻合。上述研究很好地体现了岩爆并行计算较串行计算和商业软件计算的优势。     

岩层运动并行计算系统StrataKing及应用

为了克服国外串行商业软件的功能有限、计算规模小和计算效率低的问题，历时10余年，自主研发了拉格朗日元与离散元耦合的岩层运动GPU并行计算系统StrataKing。介绍了Strata-King的计算流程、基本原理和功能，各计算模块均在GPU上执行。通过模拟三点弯梁的开裂过程，检验了StrataKing的正确性。在静水压力条件下，当单元数目较多时，巷道围岩的裂纹以更加弯曲、柔美而非突兀、生硬状向围岩深部发展，这与塑性力学中圆环形的各处均破坏的塑性区有所不同。在采动条件下，工作面煤壁超前支承压力和水平应力均具有峰值，后者与岩层之间的黏结作用有关，这与基于连续介质假定的厚壁筒径向应力特征有所不同。由此，StrataKing的大规模计算能力、丰富的功能和行业鲜明特色得到了进一步呈现。