岩土体大型三维离散元模拟系统的研发与应用

本文分析了当前岩土体离散元法存在的两个主要问题：（1）离散元颗粒与宏观模型间力学关系不明确； （2）离散元法计算量大，计算效率低。并针对这两个问题开展了理论研究和系统研发。在建立离散元颗粒接触关系基础上，提出了利用微宏观力学参数转换公式，构建具有特定力学性质的离散元模型； 提出了离散元颗粒系统的能量计算方法。在一系列理论研究的基础上，自主研发了岩土体大型三维离散元模拟系统MatDEM。其具有良好的前处理和后处理功能，能自动生成各种云图和模拟动画； 采用矩阵运算和GPU（图形处理器）高速计算，显著地提高了离散元计算的速度。在实例中，MatDEM被用于岩体孔隙的水力压裂模拟，在单台计算机上完成了一百万颗粒的动态模拟。结果表明，微裂隙趋于平行最大压应力方向和各向异性软弱方向形成； 能量转化曲线表明，弹性应变能和动能逐步转化为热量，但总能量始终恒定，离散元系统实现了能量守恒计算