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2020仿真秀MatDEM创新奖学金作品展示


为了促进国产软件在科研和工程中的应用,鼓励理工学子探索研究,自2020年起,南京大学地球科学与工程学院联合仿真秀平台,面向使用MatDEM开展科学研究和工程应用的学生和科研员,设立“MatDEM创新奖学金”。现将入围作品展示如下:


1、郭成龙 

中国矿业大学·地质工程专业

复合地层土岩结合面不同岩层倾角下滚刀破岩数值模拟研究,针对复合地层盾构施工过程中经常出现滚刀偏磨、刀盘崩裂、“抬头”现象等一系列问题,开展双滚刀在复合地层中的破岩机理与特征的研究。依托徐州地铁在建区间盾构施工案例,采用MatDEM 离散元数值模拟软件,模拟双滚刀在不同岩层倾角的土岩复合地层中的三维动态破岩过程,取得了不同倾角下双滚刀破岩的特点和影响条件,其岩层倾角改变对盾构滚刀所产生的冲击作用具有规律性影响,将模拟与实际工况相结合调节滚刀刀间距减小刀具冲击,降低刀盘振动,提高掘进效率。 

BoxTBMCutter

2、姜鑫

北京科技大学·建筑与土木工程

基于某实际地铁联络通道工程项目的人工地层冻结法过程模拟。通过该模拟获得人工冻结过程中由于冻胀引起的土体位移与温度场变化。可用于实际项目中的土体温度场预测,避免由于冻结管冻结时间不足,提前拆管而引发的安全隐患;以及预测该工法所引起的地下管线及地表位移量,当位移量过大时便采取一定措施保障施工区域安全。 

位移场模拟

温度场模拟
3、柯结伟  

陆军工程大学·土木专业

强夯作为一种简单、快速、效果明显的地基加固方法,在确保岛屿礁盘稳定的前提下,对珊瑚砂地基加固也应具备一定的适用性。本文首先开展室内模拟强夯试验,检测在夯击能作用下,珊瑚砂颗粒的变形发展规律。为了更好的了解珊瑚砂颗粒在冲击荷载作用下的应力和变形发展规律,结合学习刘春教授MatDEM课程的相关知识,开展了模拟强夯冲击试验的数值建模与计算工作。通过计算进一步研究珊瑚砂颗粒在强夯荷载作用下的应力、变形等参数的发展规律。应用本软件计算可以得到每个土颗粒在冲击作用期间的应力、应变和位移的发展变化和应力波在试样中的传递过程,这是室内试验无法获得的。

室内试验时采用的试验桶的高度为16cm,试验桶的内径为6.18cm,外径为7.18cm。在进行冲击试验时试验桶内装珊瑚砂的高度为11cm,冲击锤头的高度为5cm。本次数模也按照实际试验的尺寸进行建模。

沙土冲击试验
4、刘晗帆 

浙江大学·建筑工程学院岩土工程

近些年,岩土工程业内基于砂土特性的研究正在如火如荼地进行。国内外许多专家学者针对砂土提出了多样的本构模型并且进行了大量的数值模拟分析。MatDEM作为近两年由国内南京大学刘春博士自主研发的一款岩土工程离散元模拟软件,目前已经在岩质滑坡,隧道挖掘等方面取得了许多优秀的成果,但是在砂土方面仍有较大的发展空间。由于砂土在材料参数方面不能像岩体那样通过单轴抗拉抗压等试验完成自动训练,需要通过单元体的三轴实验进行参数标定,而软件默认生成的压力板仅由单层颗粒组成,存在柔度过大等问题,导致经过三轴加压后压力板扭曲过于明显。因此,通过自己制作并导入压力板与块体的方法,进行一套完整的三轴实验模拟,最后标定砂土的物理力学参数。 

三轴压缩试验

5、罗浩 

上海交通大学·土木工程专业

运用离散元软件MatDEM,对2017年8月28日贵州省纳雍县崩塌-碎屑流运动过程进行分析。模型包含约28万个单元,计算耗时约30h。结果显示:运动过程可分为三个阶段,总持续时间约为50s;崩塌体最大运动速度约为30m/s,最大运动距离约750m。模拟结果与地震信号反演结果、现场调查结果较为相似,证明研究结果具有可信度。研究结果为西南山区高位远程崩塌-碎屑流灾害的风险评估及防治提供理论和技术支撑。

纳雍崩塌MatDEM模拟位移变化

6、沈凯

浙江科技学院·土木与建筑工程学院

根据江西省某高铁隧道穿越富水断层破碎带时发生的塌方事故,开展塌方前现场监测数据分析,并采用MatDEM离散元软件建立隧道施工三维模型,探索分析了隧道塌方机理,模拟了不同抗剪强度的断层破碎带对塌方产生的影响,计算对应的塌方量,研究结果表明地下水对断层带的影响主要表现为抗剪强度的弱化,富水断层破碎带抗剪强度低,围岩松动范围大,出现围岩失稳塌方的概率与规模越大,并根据模拟结果,基于“防水排水,强化围岩”的思路,提出了设置迂回导坑、地层预加固、增加支护强度、优化施工工法及加强监控量测的预防措施,防止塌方事故的发生,为此类隧道工程提供了工程经验及类比素材。

隧道施工三维模拟

 7、王波

南京大学·地质工程
真实滑坡体大都是由土体和岩块混合而成土石混合体,其颗粒特征与土体、岩体相比具有复杂多样性和分布不均匀性,其中岩石块体对坡体的稳定性及滑动过程有重要的影响,与此同时,土体变形也会造成岩石块体运动,因此建立土石混合体剪切模型,用以探究块石对土体强度特性的影响以及土石混合体剪切变形过程中块石的空间运动特征

土石混合体剪切模型

8、魏勇

成都理工大学·土木工程

数值模拟方法是验证理论模型的主要手段之一,其中离散元法是一种比较理想的滑坡构造演化模拟法。为完美再现滑坡构造的形成过程,需要对河漫滩地层经历的铲刮和推挤过程进行完整重现,这就需要更小的计算单元,MatDEM数百万至千万的单元计算量,能够完成上述工作任务。在此基础上,提出和建立滑坡构造的形成机制,并建立一套完整的滑坡构造研究的技术方法和理论体系,同时也为相关研究人员更加深刻地理解滑坡的形成机制和运动过程提供理论依据和技术支持 

                                                                 滑坡模拟

 9、周杰

同济大学·土木工程学院

基于离散元法深入研究TBM滚刀破岩机理,利用MatDEM建立全尺寸三维滚刀破岩模型,探究岩石强度、围岩压力对滚刀受力的影响,探究最优刀间距与贯入度比值使得破岩效率最高。通过MatDEM软件高度自由、方便快速的建模特点,建立滚刀振动、滚刀磨损模型,探究岩石条件与切割参数对滚刀振动以及磨损的影响规律。根据MatDEM快速计算的优点,计划创建数值模拟数据库,建立滚刀磨损量与工程地质因素的理论关系方程,为实际工程中优化掘进方案提供参考。

双滚刀破岩

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