1.题目：
Grain-based DEM modelling of mechanical and coupled hydro-mechanical behaviour of crystalline rocks
（
结晶岩的力学和耦合水力学行为的基于晶粒的 DEM 建模
）
2.关键词：
基于晶粒的建模；
微观机制；
耦合过程；
晶粒尺度行为；
Hydro-GBM；
可持续性；
离散元法
矿物晶体是岩石的基本单位，在晶体尺度上理解岩石材料使我们能够揭示潜在的基本机制，从而促进工程解决方案的开发和创新。
在当前的能源和可持续发展转型中，这一点尤为重要，因为许多地质力学应用需要转向更科学、更环保和更可持续的方法。
离散元法（DEM）是一种数值工具，已被广泛用于理解与岩石变形和开裂相关的微观机制。
在这里，通过回顾过去50年的研究，我们对力学和水-力（H-M）耦合DEM模型进行了全面的最新综述，这些模型专门用于阐明结晶岩的晶体尺度行为。
我们首先研究了现有DEM模型和概念性基于颗粒的模型（GBM）的逻辑、原理和能力，并确定了结晶岩晶体尺度行为的关键方面。我们还评估了现有的水-力耦合模型及其适应性，然后介绍了一种专门为晶体岩石的晶体尺度模拟开发的功能强大的Hydro-GBM模型。最后，我们讨论了DEM微观参数的选择，这是DEM面临的一个重要而长期的挑战。因此，我们提供了一些可以缓解这一挑战的策略。研究发现，广泛使用的DEM平行粘结接触模型将导致在捕捉结晶岩石的真实晶粒尺度开裂行为方面存在显著缺陷。先前的GBM模型在再现晶粒尺度裂纹和开裂模式（拉伸和剪切裂纹）方面也存在局限性。流体驱动的晶粒尺度开裂尚处于早期阶段，Hydro-GBM模型似乎是一个有吸引力的工具。本文还强调，有必要重新考虑过去DEM模型的微观参数选择。
在综述中，我们还认为，岩石粒度H-M行为的建模应基于以下适当考虑：（a）固相（力学），（b）流体流动（水力），以及（c）力学和水力方面的微观参数。
4.引言：
当前，世界正处于能源转型的关键时刻，国际社会已经开始接受可持续发展日益紧迫的紧迫性。
当今人类面临的许多重大挑战源于地球科学和能源科学领域.确保这种可持续发展的一个重要里程碑是在控制大气 CO 的同时实现能源结构的绿色化级别.一方面，有必要利用许多可再生和可持续的能源，如地热能、核能、太阳能和风能。Bhowmik 等人，2017 年).另一方面，需要系统的地质储存/封存才能封存 CO2 和有害副产品（例如放射性核废料 （国家研究委员会，1996 年）或扩大能源需求（例如，通过转换为氢气和地下储存 ).所有这些技术在很大程度上都依赖于地下地质。此外，制造太阳能电池板和电池（用于二氧化硅和锂）和回收贵金属资源（如稀土矿物、金、铜和铀）所必需的矿石和矿物岩石的粉碎（破碎和破碎）也需要优化，因为仅操作就占据了采矿业年能耗的 25% 以上。艾伦，2021 年).政策制定者和工程从业者依靠科学研究来解决有关相关工程实践的组织、设计、实施和优化的查询。深入了解地质构造的机械和水力学行为具有根本意义。
岩土材料，特别是岩石和岩块是自然形成的，它们在很大程度上是不连续的、各向异性的、不均匀的和非弹性的 .在宏尺度上（∼公里到∼厘米），它由岩石和断层、节理、层理和分裂等不连续性形成。
DEM 特别适用于揭示与岩石变形和开裂相关的微观机制.该方法由 Cundall 博士于 1970 年代开发，已证明其在模拟固体土工材料 .
特别是在 2004 年之后，当 Potyondy 和 Cundall 系统地引入了专门用于固体岩石的粘结本构接触模型，DEM 在该领域引起了广泛关注，研究人员越来越多地使用这种方法来研究岩石材料的微开裂行为。在撰写本文时，这两篇开创性出版物的引用次数分别达到 20,000 次和 5500 次。
随着进一步的开发和应用，DEM 已经发展成为一个由各种本构接触模型和概念模型组成的大系列。
此外，已经出现了几种与 DEM 集成的耦合算法，以提供扩展的液压机械功能。然而，目前的文献缺乏对岩石颗粒尺度行为的最新进展的系统讨论。在这里，我们系统地讨论了结晶岩石材料的机械和流体机械离散元建模，特别关注岩石颗粒尺度的行为。
我们深入讨论了岩石特征、模型原理、能力和缺陷，以及相关的负责任的潜在机制。我们还提供了一些可以克服这些挑战的策略。
选择结晶岩作为主题的原因是多方面的。
首先，结晶岩的特点是其粗矿物颗粒，文献中对矿物颗粒的研究相对较多。其次，结晶岩是地壳中的主要岩石类型之一。这些岩石与地能领域的许多自然和人为过程密切相关（例如，EGS，超过 60% 的储层是花岗岩。Breede 等人，2013 年）、地质环境 [例如，结晶岩是核废料处理的有前途的宿主，矿石开采 [用于稀有资源、隧道掘进（结晶石英岩和花岗岩很难钻探）、地震，甚至地下熔岩内含物.该讨论还有助于模拟更广泛的岩石材料，因为它解决了 DEM 方法的许多关键方面，并且矿物颗粒是形成各种岩石材料的基本单位。
本文的结构基于以下前提：对流体力学行为的适当建模应依赖于：
（a） 正确表示固相（机械），（b） 正确模拟流体流动（水），以及 （c） 机械和水力方面的适当微观参数。因此，本文将首先讨论 DEM 方法和模型 （2 DEM 概述,3 概念 DEM 模型和功能,4 基于谷物的模型 （GBM）），然后是耦合的 hydro-DEM 模型 （5 个耦合 Hydro-DEM 模型,6 现有的 PN-DEM 模拟,7 A 稳健的 Hydro-GBM 模型)。最后，它将讨论 DEM 参数的选择，这是 DEM 的一个关键的悬而未决的问题 （第 8 部分).
5.主要研究
6.研究结论：
DEM 是一个强大的工具，使我们能够更好地了解岩石的微裂纹行为。在过去的几十年里，DEM 已经发展成为一个由各种本构接触模型和概念模型组成的大家族。
已经出现了一些耦合算法，它们与 DEM 集成以实现扩展的液压力学功能。
本文进行了系统的讨论，并确定了 DEM 力学模型和耦合水力学模型的最新技术，特别关注模拟结晶岩的晶粒尺度行为。首先，我们回顾了现有 DEM 本构接触模型和基于概念晶粒的模型的逻辑、原理和功能。其次，我们评估了现有的耦合水力学模型和应用，并对其适应性进行了评论。然后，我们引入了一个功能强大的 Hydro-GBM 模型。第三，我们讨论了 DEM 微观参数的选择，即 DEM 的一个重要长期挑战，并展示了文献中发现的关键不确定性。我们进一步提供了一些可以实际缓解 DEM 参数问题的策略。
