1秒计算1500万次颗粒运动,仿真软件防治地质灾害

地矿科技助理

既能模拟滑坡的速度和破坏力，也能模拟岩爆、滚刀破岩和水力压裂，为地质灾害防治和工程施工提供解决预案和施工方案，计算速率是国外同类软件的30多倍……近日，在上海举办的第15届中国CAE工程分析技术年会上，南京大学地球科学与工程学院地质工程专业刘春副教授研发的一款名为“MatDEM”的软件获“中国数字仿真自主软件创新奖”，该软件已应用于滑坡、地面沉降、撞击破坏、岩土试验过程和水力压裂等领域，并突破国外在工程数值模拟软件市场的技术垄断。

“我们把一堆砂子胶结成岩石，即使知道每颗砂粒的力学性质，也很难确定岩石的力学性质，所以难以在计算机中直接造出离散元材料。但通过MatDEM软件的宏微观转换公式和自动训练，用户输入材料，就可以自动在计算机中造出来，降低了建模的困难度。”刘春介绍，地质和岩土工程领域，存在很多大变形和破坏问题，离散元数值计算方法能够有效地模拟这些变形、破坏的过程。

但是，离散元数值计算方法面临着定量化建模困难、计算量巨大、和多场耦合理论不完善的问题，极大地限制了实际工程应用。刘春研发的MatDEM软件，致力于解决上述问题。

“MatDEM可以在单台电脑上模拟数百万个颗粒的运动，能有效地分析复杂的地质和岩土工程问题。”刘春说，该软件的核心技术是原创的矩阵离散元计算法，软件1秒钟可以计算出1500万次颗粒运动。而该行业的老牌公司、美国的Itasca公司的PFC，1秒钟只能计算三四十万次单元运动。也就是说，过去需要一个月完成的计算，现在一天内就可以完成。

MatDEM还可以模拟滑坡等地质灾害。刘春透露，目前，他与成都理工大学和中国地震局的专家合作，已经将该软件用于茂县新磨村滑坡，以及六盘水市水城滑坡的数值分析。