土石混合体力学特性的颗粒离散元双轴试验模拟研究

土石混合体作为土体和碎石的混合体,其宏观力学特性与碎石特性密切相关。采用试验研究和数值模拟相结合的方法,对土石混合体的力学特性进行研究。基于FISH语言开发颗粒流的多边形碎石生成模块,通过室内试验校核颗粒流模型的细观参数,建立土石混合体双轴试验模型。提出以形状因子m作为衡量碎石磨圆度的指标,对碎石形状进行了量化。研究了碎石含量、强度、形状对土石混合体力学特性影响,探讨碎石对土体强度提高的细观原因,揭示土石混合料的强度指标随各主要影响因素的变化趋势。结果表明:碎石含量和强度越高,混合体的强度也越高,当含石量小于40%时,土石混合体的力学特性受土体主导;内摩擦角随着碎石含量增加而增大,而黏聚力却在减小;随着形状因子的增大,强度降低,黏聚力和内摩擦角均减小;土石混合体中应力分布不均,在碎石含量较高时,碎石形成骨架效应,承担了主要荷载。     

3D—SSRDEM中的总刚装配技术

不管是静力松驰还是动力松驰，离散单元法逐块求解位移的方法往往使结果带有路径相关性，同步松驰则可以避免这个问题，由于同时求解块体位移，癖刚矩阵的装配就成为问题的关键，着重探讨三维静态同步松驰离散单元法（3D－SSRDEM）的总刚装配方法，导出理论公式，为程序编写提供依据。     

三维离散元法地下水及锚杆的模拟

基于采用动态松驰法求解的三维离散单元法，提出了地下水、锚杆的三维分析方法，给出了相应的算法和公式，并通过算例进行了验证。     

同轴地埋管换热器岩土热响应试验研究

岩土热物理性质是影响地源热泵系统设计和运营的关键因素,对位于武汉市洪山区的2口不同深度的同轴地埋管换热孔分别进行48 h的热响应试验,并对同轴地埋管换热器内外管之间环形空间中的平均流体温度进行测试.根据同轴地埋管换热器的几何特性,以简便实用的方式测量同轴地埋管换热器环状空间传热流体的平均温度,结合同轴地埋管换热器钻孔热...     

三维离散元法中地下水及锚杆的模拟

基于采用动态松弛法求解的三维离散单元法,提出了地下水、锚杆的三维分析方法,给出了相应的算法和公式,并通过算例进行了验证。     

三维离散单元法及其在滑坡分析中的应用

介绍了三维离散单元法的基本原理,编制了相应的C语言程序,并对具体的滑坡实例进行了模拟,发现计算结果与已有研究成果较为一致,表明三维离散单元法是一种可以动态模拟山地滑坡行为的比较适宜的数值方法。     

考虑基体变形和微凸体变形相互作用的岩石节理闭合变形理论模型

地下岩体工程建设和运营过程中,需要考虑节理岩体的水力学性质,这与节理的闭合变形密切相关。对法向应力作用下节理微凸体的变形特征进行详细分析,逐个计算接触微凸体的法向变形和接触应力;采用接触理论计算微凸体基圆半径之外的基体变形,并以此调整微凸体的法向位置,进而提出新的闭合变形理论模型。新模型可反映节理的基体变形和微凸体变形相互作用的影响,也能体现形貌分量和接触类型对闭合变形的影响。与已有的理论模型比较,新模型的计算值更为接近试验值。采用叠加原理,新模型计算得到的初始法向刚度最小;但随法向应力的增加,法向刚度增加速率逐步加快。     

非连续变形分析(DDA)方法中的预应力锚杆模拟

建立了预应力锚杆在DDA程序中的表达形式,并加入到DDA程序中.作为验证,计算了两个算例,用以模拟无锚杆、有锚杆(不同预应力值)条件下节理岩体的稳定情况,模拟结果体现了预应力锚杆对节理岩体的加固作用,而且随着预应力值的增大,这种加固作用也越明显,表明作者对预应力锚杆的模拟是正确的.     

用非连续变形分析方法模拟冲击荷载作用下巴西圆盘的破坏过程

 为研究岩石在冲击荷载作用下岩石的破裂过程,运用岩体裂纹扩展破坏二维分析程序DDARF(Discontinuous Deformation Analysis for Rock Failure),对大理石巴西圆盘试样在分离式霍普金森压杆(SHPB-Split Hopkinson Pressure Bar)试验中动态破裂全过程进行了数值模拟分析研究。模拟结果形象展示了试样在不同入射波作用下裂纹的萌生、演化、扩展及贯通破坏情形,与试验结果有较好的吻合。对裂纹产生的力学机理、扩展过程及伴生现象做出了解释。研究结果表明：(1) 改进的微观破裂准则不仅适用于模拟岩石静载破裂,而且可以用于模拟动载破坏;(2) 巴西圆盘试样在受到冲击荷载作用时,主裂纹首先从一端产生,然后逐渐沿径向加载方向向中心延伸、扩展至另一端贯通破坏,裂纹尖端的拉应力是导致岩石开裂的原因;(3) 主裂纹拓展过程中伴随着次生损伤微裂纹的产生,次生微裂纹主要集中在主裂纹两侧附近区域;(4) 试样两端与入射杆、透射杆接触部分会产生三角形破裂区,且随着入射波幅值的增大,三角形破裂区域面积有增大的趋势。     

三维离散单元法及其应用

 博士学位论文摘要　系统深入地研究了三维离散单元法的基本原理和数值解算方法, 在改进和推广了现有算法的基础上, 自行编制了相应的C 语言程序。采用投影方法求解接触力的作用点和作用面积, 提高了接触计算的精度和速度。用矢量方法推导了三维动态松弛离散元法的理论公式, 为程序编写提供了方便; 同时, 对阻尼和时步采取自动调节技术, 较好地解决了块体间的侵入问题。首次研究了三维静态松弛的离散单元法, 给出了详细的理论推导, 并与动态松弛法相耦合, 克服了两者的缺点; 通过算例的比较, 发现静态方法比动态方法具有更高的效率。提出了三维离散元法中地下水和锚杆的模拟方法, 认为地下水可能诱发滑坡, 锚杆通过悬吊和销接作用对块体产生锚固力。探讨了三维离散元法的数据结构, 提出了地下水、锚杆、边界力等数据的组织方法。论述了三维离散元法的程序编制方法和特点, 分别开发了动态和静态松弛法的C 语言程序。对海冰撞击钻井平台、杨家槽滑坡和长壁工作面覆岩运动规律进行了计算, 从计算后的块体系统变形形态来看, 模拟结果与实际情况大致吻合。