岩层运动并行计算系统中动力本构模型引入和巷道冲击破裂过程模拟
王学滨1
张钦杰2
潘一山3
马立强4
李小帅2
刘栋2
白雪元2
陈双印2
1.辽宁工程技术大学计算力学研究所,辽宁阜新 1230002.辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新 1230003.辽宁大学灾害岩体力学研究所,辽宁沈阳 1100364.新疆煤系资源勘探与开采重点实验室,新疆乌鲁木齐 830023
摘要：巷道围岩的动力冲击破坏研究对于巷道冲击地压的机理分析和预防具有重要的理论和实际意义.在微机上模拟巷道冲击时,现有的国外通用商业软件的计算规模小,计算效率低,功能有限.在历时10多年自主开发的岩层运动GPU并行计算系统StrataKing中,发展了动力模拟功能,通过岩样的单轴压缩动力实验验证了该方法的正确性.具体而言,以适于较宽应变率范围的朱-王-唐动力本构模型取代静力本构模型,即广义胡克定律,以提高系统的适用性;以动态黏聚力取代摩尔-库仑准则中的静态黏聚力,以考虑岩石的动力强度特性;以黏性阻尼取代局部自适应阻尼,以克服其在模拟动力学问题时的局限性.通过在巷道围岩模型上表面施加冲击速度,考察了不同应变率条件下巷道围岩模型的失稳规律.当应变率低时,巷道围岩的失稳呈间歇性,这是因为巷道围岩的强度较低,存储的应变能较少,失稳易于发生,也易于停止,但不足以为剧烈的大失稳提供足够的动能;当应变率高时,巷道两帮的开裂区发展较快,这是由于开裂区扩展所需要的能量能得到及时供给,巷道围岩的失稳具有持续性,只有当围岩储存的应变能较高时才能失稳,一旦失稳,则难以停止,这将造成严重的动力灾害.为未来支护条件下巷道抗冲击研究奠定了良好的技术基础.
关键词：巷道冲击地压动力本构模型黏性阻尼并行计算连续-非连续方法
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52474101)新疆工程学院新疆煤系资源勘探与开采重点实验室开放基金资助项目(XJKLKF003)
论文发表日期：2025-03-31
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 1473-1483 )
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