節理巖體模擬
關注創建者：匿名 創建時間：2021-11-26
節理巖體模擬的視頻教程
Hypermesh建模+LS-DYNA計算實現三維粗糙節理巖體剪切模擬
在LS-DYNA中實現了三維粗糙節理巖體的剪切數值模擬。主要包括3節課：（1）首先采用Rhino與Hypermesh聯合建立粗糙節理巖體結構化（六面體）網格模型并導出K文件；（2）將K文件導入LS-Prepost中添加相關關鍵字后使用LS-DYNA進行計算；（3）最后在利用LS-prepost進行數據和圖片的導出。
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LS-DYNA張開空節理和充填節理巖體爆破模擬
本課程包括建模、k文件修改、參數賦值和邊界條件施加及后處理，講解詳細，包括張開型空節理和充填節理兩種教學。第一節為結果展示，感興趣的可以免費觀看。視頻中k文件可在附件中下載。如對學習有幫助，期待得到5星好評。
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Hypermesh聯合LS-DYNA模擬含節理巖體爆破裂紋擴展及損傷過程
巖體中的裂隙直接影響爆破應力波在巖體中的傳播，進而影響爆破效果。本案例研究了含裂隙巖體爆破中裂紋的擴展及損傷過程，Ls-dyna模擬了爆炸應力波在裂隙巖體中的傳播特性。結果表明:爆破過程中應力波分布不均勻，主要向自由表面傳播閉合型宏觀裂隙阻礙爆炸應力波的傳播，且在裂隙處會止裂，裂紋及損傷會繞過裂隙處，模擬結果如下 ：
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節理巖體模擬的實例教程
1 引言
Ubiquitous節理巖體模擬最初在FLAC中引入，Sainsbury等人(2008)在SRM中使用了UJRM，從而在FLAC3D模型中考慮了巖體強度和各向異性, 能夠研究完整巖石內聚力的逐漸減弱和Ubiquitous節理破壞, [Sainsbury, B. et al. (2008) Analysis of cave behaviour using a Synthetic Rock Mass (SRM) – Ubiquitous Joint Rock Mass (UJRM) modelling technique.]，他們的方法與Pierce等人(2007)和Mas Ivars等人(2008)的方法不同，沒有使用PFC3D，而是用FLAC3D評估來自較小模型模擬的巖體屬性。Lavoie(2011) 提出了一個UJRM的解析解[Thierry Lavoie (2011) An Analytical Geomechanical Upscaling Approach for Modeling Jointed Rock Mass Behaviour Using Ubiquitous Joints. UBC MS. Thesis. 186p.]。這個筆記簡要討論了ADONIS的Ubiquitous本構模型，并與FLAC/Slope中的Ubiquitous模型作了比較。
2 ADONIS模擬
一個簡單的Ubiquitous節理巖體邊坡如下圖所示。
(1) 項目設置
在項目設置中，主要設置合適的單位和重力加速度。
(2) 網格劃分
邊坡的幾何形狀可以在ADONIS內直接輸入坐標，選擇6節點的三角形單元，最大邊長取0.75。
(3) 邊界條件
邊界使用xyfix命令固定三邊，邊坡面不能固定。
展開 1 引言
節理巖體邊坡穩定性分析是巖石工程數值模擬最具挑戰性的問題之一，因為節理的分布模式及其強度對邊坡穩定性有重大影響，而這兩個因素在很大程度上都是不確定的。當進行數值模擬分析時，有兩種不同途徑處理節理化巖體的應力和應變行為，最常用的方法是離散元法，離散元法把節理作為邊界來處理，由節理切割而成的巖塊可以是剛性體，也可以是變形體，這種方法最廣泛應用的程序是UDEC和3DEC，本公眾號有近200篇文章討論了這種方法；另一種方法是把巖體作為連續性介質，節理當作另一種材料模型，但節理置于有限元網格的節點上，當巖體發生變形時，節理隨著單元網格移動，但不能象離散元那樣節理產生分離【Voronoi多邊形在有限元中的應用】，如下左圖所示。不過，這種處理方法在復雜的幾何結構中會表現出顯著的缺點，因為在這種情形下節理不能完全適應網格的劃分。為了克服這一限制，引入了隱式的節理網絡巖體模擬方法---擴展有限元方法(XFEM), XFEM能夠單獨識別節理，與網格劃分無關。節理不必置于有限元網格的節點上，可以自由分布在所研究的域內，如下右圖所示。
2 XFEM工作機理
擴展有限元法(XFEM)【Abaqus 2021 擴展有限元 XFEM新功能；[最新文獻]錨桿加固全飽和斷裂多孔介質的數值過程】是21世紀初開發的一種新的數值方法[Belytschko T., Black T., 1999, Elastic crack growth in finite elements with minimal remeshing, International Journal for Numerical methods in Engineering, 45, 601-620.]
展開 個別元素法于三維巖體力學行為之應用
楊長義 陳志民 陳錦清 淡江大學土木工程學研究所 中興顧問社大地力學研究中心
摘 要本文利用三維個別元素分析法程序(3DEC)，仿真三維規則節理巖體在單軸與真三軸應力下之變形與強度特性。主要研究結果如下：(1) 3DEC可用以定性分析三維節理巖體力學機制，利用該程序可簡易探討任何節理分布位態下之力學行為，免除物理模模型仿真試驗之困難；(2) 多軸應力下巖體之異向性行為亦可透過3DEC仿真分析，定性上均與物理現象相互一致；(3)在節理間距、勁度比較大的巖盤較需要比對二維與三維分析之差異。
一、前 言
自然界巖體多處于真三軸應力狀態下，以往受限于分析工具與實驗設備，巖石工程之分析大多局限于二向度分析，對三維巖體行為之仿真則較少[1]。例如目前可用于分析具大變形特性之離散巖體的程序如DDA[2]、UDEC[3]均局限于對二維問題的解析；而3DEC[4]程序系以個別元素法(distinct element method)在UDEC基礎下發展而成之數值分析程序，正可用以仿真三維節理巖體之力學行為：3DEC可將巖體視為由許多離散的完整巖塊所組成，各完整巖塊可以仿真成剛體或可變形體；而各完整巖塊間為節理所分隔。(1)在對節理的仿真方面，主要依據位移－作用力法則，計算在節理面上之剪應力及正向應力，以作為個別巖塊之邊界應力條件，因此可仿真巖塊大位移與轉動之情況。(2) 3DEC在仿真可變形巖塊時，系根據「edge」指令程序自行將三維巖塊再細分成許多四面體狀次級塊體(sub-block)，次級塊體可以為任意形狀。
展開 在過去, 預測節理化巖體強度和變形最廣為接受的方法是基于半經驗估計的Hoek-Brown破壞準則, 然而Hoek-Brown準則沒有強調巖體的脆性行為, 這也部分地造成Hoek-Brown準則的估算有時會引起人們的懷疑, 例如<Hoek的巖體變形模量經驗估計---Is it reliable ?>. 而在塊體崩落法和分段崩落法中, 考慮巖石從峰值強度到巖石的完全破碎過程是必須的.
SRM使用PFC3D建立的BPM模型表示原巖, 用離散斷裂網絡DFN表示節理, 如下圖所示, 來估算巖體的強度屬性和變形屬性, 從而預測巖體的脆性斷裂行為.
建模方法是把斷裂信息(即斷裂幾何形狀和特性)疊加到BPM模型上。即BPM對完整巖石建模，通過修改斷裂接觸點處的接觸模型引入斷裂的力學行為。由于PFC模型本質上是離散的，因此破壞可能在完整的BPM區域和沿斷裂面發生。
SRM克服了早期工作中存在的模型尺寸和表示節理的限制，允許快速構造和測試直徑為10-100米的中等到嚴重節理化的巖石樣本，這些巖石含有數千個非貫通性節理。SRM模擬用于估算巖體的峰前屬性(模量、損傷閾值、峰值強度)和峰后屬性(脆性、殘余強度、破碎)，并用于分析大規模邊值問題(例如巖體邊坡穩定性)。SRM模擬允許考慮三維大型復雜非貫通性節理網絡以及塊體斷裂，包括不完整節理對塊體強度的影響。
一個通用的SRM數值模擬步驟如下:(1) 根據現場數據建立離散斷裂網絡DFN; (2) 對構造的DFN模型進行了隨機抽樣，按恒定的高寬比分離出N個立方樣本進行模擬; (3) 對每個立方樣本進行強度試驗, 并記錄了每個樣本的全部應力應變行為。這種方法為確定大規模巖體樣本的復雜構成行為提供了一種方法。這在實驗室中通常很難實現或不可能實現。
展開 摘 要本文利用三維個別元素分析法程序(3DEC)，仿真三維規則節理巖體在單軸與真三軸應力下之變形與強度特性。主要研究結果如下：(1) 3DEC可用以定性分析三維節理巖體力學機制，利用該程序可簡易探討任何節理分布位態下之力學行為，免除物理模模型仿真試驗之困難；(2) 多軸應力下巖體之異向性行為亦可透過3DEC仿真分析，定性上均與物理現象相互一致；(3)在節理間距、勁度比較大的巖盤較需要比對二維與三維分析之差異。
一、前 言
自然界巖體多處于真三軸應力狀態下，以往受限于分析工具與實驗設備，巖石工程之分析大多局限于二向度分析，對三維巖體行為之仿真則較少[1]。例如目前可用于分析具大變形特性之離散巖體的程序如DDA[2]、UDEC[3]均局限于對二維問題的解析；而3DEC[4]程序系以個別元素法(distinct element method)在UDEC基礎下發展而成之數值分析程序，正可用以仿真三維節理巖體之力學行為：3DEC可將巖體視為由許多離散的完整巖塊所組成，各完整巖塊可以仿真成剛體或可變形體；而各完整巖塊間為節理所分隔。(1)在對節理的仿真方面，主要依據位移－作用力法則，計算在節理面上之剪應力及正向應力，以作為個別巖塊之邊界應力條件，因此可仿真巖塊大位移與轉動之情況。(2) 3DEC在仿真可變形巖塊時，系根據「edge」指令程序自行將三維巖塊再細分成許多四面體狀次級塊體(sub-block)，次級塊體可以為任意形狀。每個次級塊體可配合所指定之材料組成律及外力情況，計算巖塊之受力及應力分布情況；每個次級塊體的節點有三個自由度，以計算這些次級塊體上節點之運動情形，然后配合材料組成律計算次級塊體上之應力應變關系，則可得塊體間之作用力，接著配合邊界所產生的接觸力計算得新合力與加速度，以作為下一時階計算可變形巖塊之邊界條件。
個別元素法于三維巖體力學行為之應用.doc
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節理巖體模擬的相關專題、標簽、搜索
節理巖體模擬的最新內容
研究了理想裂隙引起的流動擾動及其幾何排列對裂隙巖體穩態滲流（有效滲透率、壓力分布、流線等）的影響；
參考論文：Fluid flow partitioning between fractures and a permeable rock matrix,
https://doi.org/10.1029/2003GL019027
論文原圖：
LS-DYNA邊坡臺階微差爆破三維模擬
https://www.yqgqt.org.cn/video/c18166
否
mat_add_erosion失效關鍵字在爆破模擬中的應用
https://www.yqgqt.org.cn/video/c18170
否
LS-DYNA張開空節理和充填節理巖體爆破模擬
關于這個軟件的部分功能可參看以下過去的文章：
免費二維有限元分析軟件ADONIS計算步驟
邊坡剪切強度折減分析(Shear Strength Reduction Analysis)
板樁墻(Sheet Pile Wall)模擬---FEM中的界面元
Ubiquitous節理巖體模擬(Ubiquitous Joint Rock Mass Modelling
為了克服這一限制，引入了隱式的節理網絡巖體模擬方法---擴展有限元方法(XFEM), XFEM能夠單獨識別節理，與網格劃分無關。節理不必置于有限元網格的節點上，可以自由分布在所研究的域內，如下右圖所示。
今天給大家帶來一個有關水力壓裂模擬的案例，廢話少說直接上論文：
非均質彈塑性煤體水壓致裂裂紋形態研究 - 中國知網 (cnki.net)
模擬裂紋擴展的方法有很多，但我覺得FDEM方法是模擬縫網形態的最好方法，這篇論文使用ABAQUS通過二次開發實現FDEM方法，相關方法星辰北極星大佬早就使用過了，這里我們主要解決兩個問題：
1、材料非均質性的實現方法
2、
輸入和輸出table: table export/import
增加和改進table: table add/insert | table.value
與外部數據交互: table命令與table FISH
與應變軟化Mohr-Coulomb模型類似，雙線性的應變軟化(Bilinear Strain-Softening) Ubiquitous-Joint模型[Ubiquitous節理巖體模擬
基于流固耦合算法在動態分析軟件LS-DYNA中研究爆炸沖擊波的傳播規律在巖石介質和周圍巖體的爆破振動影響下的爆破孔同時起爆和微差爆破兩個工況時。結果表明:雙孔同時起爆初期，損傷破碎區擴展與單孔爆破相似，爆炸沖擊波,彼此是重疊的,兩炮孔中間縱向單元和藥柱內外兩側橫向近區單元的壓力和等效應力隨爆心距的增大而減小，而自由面上單元呈現出先增后減的變化趨勢， 微差起爆可緩解爆破振動和改善爆破效果，模擬結果對比如下
巖體中的裂隙直接影響爆破應力波在巖體中的傳播，進而影響爆破效果。本案例研究了含裂隙巖體爆破中裂紋的擴展及損傷過程，Ls-dyna模擬了爆炸應力波在裂隙巖體中的傳播特性。結果表明:爆破過程中應力波分布不均勻，主要向自由表面傳播閉合型宏觀裂隙阻礙爆炸應力波的傳播，且在裂隙處會止裂，裂紋及損傷會繞過裂隙處，模擬結果如下 ：
炸藥在巖體中爆炸瞬間釋放出大量的爆炸能量，產生爆炸沖擊波和應力波，以動載的形式作用周圍巖體并使得巖石損傷和破碎。一般認為，巖體的爆破裂紋是由兩種不同類型的動力荷載作用下產生的:爆炸應力波和爆炸氣體。首先是炸藥起爆后在孔洞周圍產生的應力沖擊波的作用，其次是持續時間較長的爆炸性氣體的作用。當炸藥起爆時，壓力急劇增大，爆破孔周圍巖體被壓碎形成破碎區，而周圍巖體受到拉應力產生裂縫，形成裂隙擴展區。本案例巖石模型采用
巖體中的炸藥在爆炸瞬間釋放出大量的爆炸能量，產生爆炸沖擊波和應力波，以動載的形式作用周圍巖體并使得巖石損傷和破碎。一般認為，巖體的爆破裂紋是由兩種不同類型的動力荷載作用下產生的:爆炸應力波和爆炸氣體。首先是炸藥起爆后在孔洞周圍產生的應力沖擊波的作用，其次是持續時間較長的爆炸性氣體的作用。當炸藥起爆時，壓力急劇增大，爆破孔周圍巖體被壓碎形成破碎區，而周圍巖體受到拉應力產生裂縫，形成裂隙擴展區。本案例巖石模型采用
