深海能源土边界面本构模型在FLAC3D中的植入与应用
CSTR:
作者:
作者单位:

1.海南大学 土木建筑工程学院,海南 海口 570288;2.苏州科技大学 土木工程学院,江苏 苏州 215011;3.同济大学 土木工程学院,上海 200092;4.中国海洋大学 海洋环境与生态教育部重点实验室,山东 青岛 266100

作者简介:

蒋明镜,教授,博士生导师,工学博士。主要研究方向为深海能源土宏微观试验、本构模型和数值分析。 E-mail:mingjing.jiang@tongji.edu.cn

通讯作者:

中图分类号:

TU433

基金项目:

国家自然科学基金重点项目(52331010);国家自然科学基金重大项目课题(51890911);海南省重点研发计划项目(ZDYF2021SHFZ264);国家自然科学青年基金(52309139, 42302304);江苏省高校自然科学面上基金项目(22KJB570004);山东省自然科学基金(ZR2022QD017)


Implementation and Application of Bounding Surface Plasticity Model for Methane Hydrate Bearing Sediments via FLAC3D
Author:
Affiliation:

1.College of Civil Engineering and Architecture, Hainan University, Haikou 570228, China;2.School of Civil Engineering and Architecture, Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215011,China;3.College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 2000092, China;4.The Key Laboratory of Marine Environment and Ecology, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266100, China

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    摘要:

    笔者团队通过引入衰减的水合物胶结强度变量,建立了基于临界状态的深海能源土(含甲烷水合物的深海沉积物)边界面本构模型,其能够描述能源土在温?压?力?化耦合效应下的力学特性。在此基础上,通过有限差分程序FLAC3D预留的UDM程序接口,利用C++语言编程将该边界面本构关系模型植入在FLAC3D数值软件中,并通过单元数值试验验证了嵌入程序的正确性。进一步利用植入的本构模型,针对深海能源土井壁稳定性与地基承载力问题开展数值模拟研究。结果表明开采井最大径向位移随着水合物饱和度和温压化参数LMH的减小而增大,随着地应力水平的增大而增大。而能源土地基的破坏形式在水合物饱和度为5 %时趋向于局部剪切破坏,在水合物饱和度为30 %时,趋向于整体剪切破坏。

    Abstract:

    This paper developed a bounding surface plasticity model for methane hydrate bearing sediments (MHBS) by incorporating a decaying bonding strength variable. Based on the critical state, this model captured the complex mechanical properties of MHBS while considering the coupling of thermo-hydro-mechanic-chemo (THMC) conditions. Additionally, it implemented the boundary surface plasticity constitutive model is implemented into the UDM interface in FLAC3D using a C++ compiler, and validated the accuracy of the program through the element numerical test. Based on the numerical simulation, it simulated the wellbore stability and the bearing capacity of MHBS foundation .The results show that the maximum radial displacement of the wellbore increases with the decrease of hydrate saturation and the thermo-hydro-chemical parameters (LMH), and increases with the increase of in-situ stress. Moreover, when the hydrate saturation is 5 %, the failure mode of MHBS foundation belongs to the local shear failure. In contrast, the soil failure mode of MHBS foundation belongs to the integral shear failure with a hydrate saturation of 30 %.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

蒋明镜,赖章坤,李承超,张安,姜朋明.深海能源土边界面本构模型在FLAC3D中的植入与应用[J].同济大学学报(自然科学版),2025,53(5):706~715

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  • 收稿日期:2024-02-29
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  • 在线发布日期: 2025-05-27
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