冲击地压高性能计算与数字孪生预测实施构想

摘要

自从章梦涛教授于1987年提出冲击地压失稳理论，并采用自编有限元程序开展数值计算以来，历经近40年的努力探索，冲击地压数值模拟已经从传统计算步入高性能计算阶段.本文简要回顾了团队从岩石结构稳定性视角所提出的冲击地压有关理论，介绍近期开展的冲击地压高性能计算工作，即圆形巷道围岩的临界应力-冲击能指数关系数值计算，分析面向未来、应用价值显著的冲击地压数字孪生预测各种实施策略的可行性.分析表明，历时十余年自主研发的岩层运动GPU并行计算系统StrataKing(王之岩层),具有高效率、高精度和大规模计算能力，具有助力巷道冲击地压数字孪生预测的极大潜能.与基于DIC的数据驱动StrataKing并行计算相比，基于位移计的数据驱动StrataKing并行计算是实现岩石试样(简称岩样)失稳数字孪生预测最为便捷的策略.岩样失稳数字孪生预测的成功开展，可为巷道冲击地压数字孪生预测奠定良好的技术基础.理想的巷道冲击地压数字孪生预测策略是位移和微震联合的数据驱动StrataKing并行计算，其中不仅将巷道表面位移作为边界条件引入StrataKing,并将微震破裂分布作为介质开裂位置引入StrataKing.基于此，在不提供井下信息的情况下继续进行计算，有望确定临界应力，并对巷道冲击地压的发生时刻、主破裂位置和震级进行科学预测.

关键词

冲击地压 / 巷道 / 高性能计算 / 数字孪生 / 数据驱动 / 灾害预测 / 临界应力 / GPU