Time reversibility of the discrete element method

An algorithm is presented for discrete element method simulations of energy-conserving systems of frictionless, spherical particles in a reversed-time frame. This algorithm is verified, within the limits of round-off error, through implementation in the LAMMPS code. Mechanisms for energy dissipation such as interparticle friction, damping, rotational resistance, particle crushing, or bond breakage cannot be incorporated into this algorithm without causing time irreversibility. This theoretical development is applied to critical-state soil mechanics as an exemplar. It is shown that the convergence of soil samples, which differ only in terms of their initial void ratio, to the same critical state requires the presence of shear forces and frictional dissipation within the soil system.     

贵州水城观音山铁矿成矿构造体系分析

文章应用地质力学的理论和方法，通过对贵州水城观音山铁矿区内结构面力学性质的鉴定，将区内构造形迹划分为三种类型的构造体系，并在此基础上，通过对矿区内矿床的控矿构造型式进行分析，确立了属于威宁弧形构造的北西构造带为成矿期构造体系。     

煤层注气强化开采流固耦合效应研究

为准确表征煤层气藏强化开采过程中的复杂地质力学效应,同时考虑多孔介质全组份多过程物质运移特征,构建了煤层气藏强化开采全流固耦合数学模型,开发了相应的数值模拟算法,并据此进一步剖析了地质力学效应以及注入气组成对孔渗参数及注采指标的影响。结果表明,有效应力效应与基质膨胀/收缩作用均可显著地影响孔隙度与渗透率,但两者作用方向相反,注入CO2诱发的基质膨胀可使注入井附近渗透率损失近90%。随着杨氏模量的增大或者基质形变强度的降低,CO2突破时间提前,导致煤层气产量及CO2埋存量降低。研究成果可为煤层气产能准确预测及高效开发提供技术支持。     

A robust return‐map algorithm for general multisurface plasticity

Three new contributions to the field of multisurface plasticity are presented for general situations with an arbitrary number of nonlinear yield surfaces with hardening or softening. A method for handling linearly dependent flow directions is described. A residual that can be used in a line search is defined. An algorithm that has been implemented and comprehensively tested is discussed in detail. Examples are presented to illustrate the computational cost of various components of the algorithm. The overall result is that a single Newton‐Raphson iteration of the algorithm costs between 1.5 and 2 times that of an elastic calculation. Examples also illustrate the successful convergence of the algorithm in complicated situations. For example, without using the new contributions presented here, the algorithm fails to converge for approximately 50% of the trial stresses for a common geomechanical model of sedementary rocks, while the current algorithm results in complete success. Because it involves no approximations, the algorithm is used to quantify the accuracy of an efficient, pragmatic, but approximate, algorithm used for sedimentary‐rock plasticity in a commercial software package. The main weakness of the algorithm is identified as the difficulty of correctly choosing the set of initially active constraints in the general setting. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

不同加载条件下岩石强度尺寸效应的数值模拟

岩石材料由于非均质性,其强度值具有明显的尺寸效应。而作为一种试验指标,岩石的强度尺寸效应与加载条件有关,不同的加载条件下其尺寸效应既有相同的规律,也存在差异。本文用真实破裂过程分析系统RFPA,对压缩试验、拉伸试验及三点弯曲试验进行数值模拟,得到不同加载条件下岩石强度尺寸效应的数值结果。由此可知,岩石的峰值强度和残余强度均随着尺寸的增加而降低,可以用Weibull尺寸效应律进行拟合,拟合效果较好,但其破坏形态不会显著改变。不同加载条件下岩石材料强度尺寸效应的差异可以通过其破坏时的均质度来反映,不同的加载条件有着不同的均质度,为一个动态参数。其值越大,表示岩石破坏时越均匀,尺寸效应越不明显。基于此,三点弯曲试验强度尺寸效应最为明显,单轴拉压试验次之,有侧压的压缩试验最不明显。在目前对尺寸效应的理论研究仍不尽人意的情况下,数值模拟可视为一种研究岩石强度尺寸效应的有效途径。     

安县西部地震次生地质灾害及工程 地质力学问题思考

 2008年5月12日,发生于四川省汶川县的8.0级大地震已造成近7万同胞罹难,举国同哀。通过地震次生地质灾害的调查和深入思考,认为工程地质力学可以而且应该在抗震救灾和灾后重建中发挥重要作用。通过安县西部的初步考察发现,考察区内的地震次生地质灾害主要有顺层滑坡、坡积层滑坡、陡崖崩塌、滚石等。根据岩体工程地质力学的观点,地质结构面是考察区内地质灾害发生的重要控制性因素。在灾后重建阶段,必须要考虑重建选址、地质灾害监测、地质灾害防治等方面的工程地质力学问题。     

盐岩密集储库群破损区演化试验研究

采用地质力学模型试验的手段,研究不同储库间距下矿柱破损程度随储库压差增大的演化规律。主要完成以下内容：根据试验需要,对模型试验中涉及的若干关键技术进行研究,包括模型材料、地应力生成系统、内压加卸载系统以及测量技术,并提出一种新的侧向地应力梯形分布精细模拟的球形颗粒流加载方法;设计并完成3个试验方案;对模型试验进行数值模拟,将数值模拟结果与试验结果进行对比分析,指出有压腔之间的矿柱是否能够保持稳定是储库群是否发生连锁破坏的关键。     

真三轴荷载条件下大型地质力学模型试验系统的研制及其应用

 为研究深埋、高地应力条件下地下洞群围岩稳定性,新研制大型真三轴加载地质力学模型试验系统,该系统主要由三维钢结构台架装置和液压加载控制系统组成,可实现全三轴应力状态下在侧向施加梯级荷载。在各加载面上研制和布设组合型滚珠式滑动墙,实现新型超低减摩技术。用该系统开展洞群开挖支护的模型试验,在试验技术和模型制作工艺上有了创新和重大改进：采用预制模块堆砌黏结成型的工艺方法制作模型,提高全模型在力学性能上的一致性;采用数字照相变形量测技术、基于光纤Bragg光栅的棒式位移传感器和新研制的高精度光栅尺型微型多点位移计进行围岩内变形量测;新研发施作注浆锚杆和预应力锚索的独到工艺技术;还开展大埋深条件下的超载试验,观察到围岩破坏的发展过程,试验结果还与数值分析进行对比。研究的方法技术及结果将对类似工程研究有一定的指导和借鉴意义。     

采空区上边坡稳定问题

采空区上边坡稳定性有三种情况:产生滑坡或崩塌;虽然地表严重开裂但边坡和山体仍长期保持稳定;虽处采空塌陷区外侧,但因位于塌陷盆地外边缘鼓张区而发生地面隆起。文中系统地论述了稳定分析的基础工作,即“三下采煤”理论、方法的运用,工程地质条件的基本研究和岩体工程地质力学研究、分析与评价。指出了采空塌陷对其上或邻近边坡稳定性影响的三方面因素。系统地阐述了采空区上边坡稳定分析步骤、方法和评价原则及第四纪土质边坡的稳定性分析、评价要点。最后以三个典型实例介绍了采空区上边坡稳定性三种不同后果。     

用地质力学模型研究三峡升船机上闸首基础稳定问题

 用三维地质力学模型试验技术研究了三峡升船机上闸首基础稳定性。详细模拟了上闸首建筑物、建筑物基础岩体、岩体中断层、陡倾角裂隙及缓倾角裂隙的几何形态和它们的复杂力学性质还模拟了自重渗透水压力、上游水压力的作用，模型几何相似比尺为120。试验测得，三峡升船机上闸首基础稳定超载安全系数达3.6。