基于CPU加速的并行SPH方法用于模拟三维岩石水力压裂问题及其应用

《Scientific Reports》：CPU-accelerated parallel SPH method for modelling 3D rock hydraulic fracturing problems and its applications

　　

摘要

为了探究岩石中三维水力压裂的裂纹扩展机制，本文提出了一种基于平滑粒子流体动力学（SPH）框架的三维水力-力学耦合裂纹扩展仿真方法，并借助OPEN-MP技术实现了并行处理。首先对SPH的并行效果进行了评估，随后对含有内部裂缝的岩石模型进行了水力-力学耦合裂纹扩展的数值模拟。研究结果表明：基于OPEN-MP技术的SPH并行处理方法取得了显著成果。分析了单内部裂缝和双内部裂缝试样在水力-力学耦合作用下的裂纹扩展过程，发现内部水压力显著影响了裂纹扩展模式。当不存在内部水时，会产生多种类型的裂纹；而在内部水压作用下，试样会因“翼状裂纹”的穿透而发生破裂。内部裂缝的倾斜角度也对裂纹扩展形态产生显著影响。最后探讨了受裂缝倾斜角度和数量影响的岩石水力压裂机制。这些研究结果可为SPH方法在大规模岩石数值计算中的应用提供参考。