潘一山院士团队突破：微震数据驱动灾害预测并行计算！

正文

 

 

 

 

有人说岩石力学数值计算不准

这对吗

这在我看来，基本上是对的

为什么呢

因为大家几乎都用商业软件来算

单元不能太小，单元数不能过多

总之，计算规模小

这导致难以准确刻画应力场和裂隙场

另外，力学参数也不准

因为岩石很复杂

在几个地方取样很难有代表性

而且，商业软件的功能有限

有些想考虑的因素考虑不进去

所有这些因素加起来

会很大影响计算结果

而计算结果完全依赖于计算模型

这就是传统的数值计算

好几十年了，一直是这样

高级的数值计算应该是这样的

1、可以算商业软件不能算或算不好的问题

2、计算规模大，计算精度高，计算效率高

这需要引入高性能计算技术

3、引入现场监测信息，以驱动计算

避免传统计算力学模型不准确的问题

王学滨教授带领研究生

从2010年开始从事计算力学研究

历时10年，于2020年成功研发了

岩层运动并行计算系统

StrataKing(王之岩层，岩层之王)

又历时5年，不断完善特色功能，直到今天

StrataKing显然具备上述特点的前两条

但以前尚不能做第3条

最近，王学滨教授带领两名研究生用时1周

初步实现了

虚拟微震数据驱动StrataKing并行计算

所谓“虚拟微震”是指用计算机生成微震分布

在多个特定的时刻

不断读入虚拟微震分布

作为介质开裂位置引入计算模型

从而驱动并行计算向前进行

这是一个里程碑式工作

过去，我们一直用计算力学算法驱动并行计算

将来，我们可以用实际微震+计算力学算法驱动并行计算

这么做的好处在于

计算结果将更加准确，更具实际意义

可以算出来临界应力

根据潘一山院士的冲击地压扰动响应失稳理论

临界应力达到即为发生冲击地压

总之，数值计算将更有用

下面，展示此工作的第1步成果

以单轴压缩岩样破裂过程模拟为例

欢迎批评指导

因为对我们而言这毕竟是一个新鲜事物

没有任何文献可供直接借鉴

我们首先做了一个无微震数据驱动计算

单元数两万，计算了75000个时步，算到残余阶段

颜色代表最大主应力σ3

σ3大于等于σ1

以拉为正，以压为负

σ3是能呈现出拉应力的主应力

然后，将5次虚拟微震分布依次引入计算模型

同样算到残余阶段

我们发现，微震数据驱动后

应力-应变曲线偏离了正常的（无驱动）曲线

而且，在正常的曲线的上方

这让我们感到很奇怪

通过观察σ3云图，我们发现

引入微震数据驱动后

有些地方的σ3呈现较明显的拉应力集中（偏暖色）

这是容易理解的，毕竟是在裂纹的尖端

同时，一些地方出现了σ3压应力集中（偏冷色）

这或许相当于给一些单元增加了围压

这里，我们给出3种观点

解释微震驱动下应力-应变曲线的反常现象

（1）观点1 

上述局部围压

（2）观点2

一些小结构自发地形成

（3）观点3

由于微震破裂位置的强行引入

有些裂纹最初的发展路径受此影响较大

从而在后继难以扩展

总之，我们感到很奇怪

给一个完整的岩样

“扎”（微震数据驱动）了许多“刀”（介质开裂）之后

承载能力一度不降反升

欢迎给予批评指导

上面是5次微震数据驱动下的结果

下面包含有1次和3次微震数据驱动下的结果

结果就好多了，这是为何呢

后面，还有许多工作要做

例如，虚拟微震数据驱动下巷道围岩破裂过程模拟

虚拟微震数据驱动下采场岩层运动过程模拟

这是第1步

第2步：实验室尺度声发射数据驱动并行计算

预测岩石试样的强度

第3步：工程尺度微震数据驱动并行计算

计算岩石结构的临界应力

预测冲击地压等灾害

StrataKing并行计算

让计算快起来

让计算规模大起来

微震数据驱动StrataKing并行计算

让计算值得信赖

让计算干过去干不了的事