层状岩体损伤破坏特征数值模拟

为更深入了解层状岩体的力学特性,首先基于细观损伤力学理论,运用体积平均化的方法,推导了微裂纹对岩体弹性柔度矩阵的贡献;然后基于不可逆热力学框架,导出了损伤矢量的损伤破坏方程;最后建立了层状岩体的损伤破坏本构模型,并通过数值计算模拟了层状岩体的损伤破坏特征,与室内试验结果吻合较好。巴西圆盘劈裂数值试验研究表明:岩体试样的破裂面均从加载点起裂;层理倾角0°、90°时,破裂面为通过加载中心和试样中心的近似平面,层理倾角为其他角度时,破裂面为偏离了加载中心的曲面。与室内试验结果对比可知,本文二次开发的本构模型能够较好地预测层状岩体渐进破坏的各向异性。     

循环加荷条件下饱和砂土液化细观数值模拟

利用离散单元法中的二维颗粒流方法(particle flow code in 2-dimension,PFC2D),通过对双轴数值试样施加循环等幅应变且控制加荷过程中试样体积(面积)不变的方法,模拟了循环加荷条件下饱和砂土的液化特性。在得到试样液化宏观力学响应的同时,分析了液化过程中内部平均接触数的变化规律。进一步研究了应变幅值、围压对数值试样液化特性的影响,并与室内试验规律进行了对比。结果表明,数值模拟能够定性地反映饱和砂土振动液化的一般规律,数值模拟得到的应变幅值、围压对试样抗液化强度的影响规律符合实际砂土室内试验规律。     

撞击荷载作用下板状岩体破坏特性数值模拟分析

板状岩体的动态破坏特性对岩体工程和防护工程具有重要的研究意义。基于有限元方法,通 过引入三维动态接触算法,建立撞击模型,研究板状岩体在子弹中心撞击作用下的破坏特征。数值模型 中,通过采用Ｗｅｉｂｕｌｌ统计学分布考虑岩体非均匀性;利用连续等效损伤理论描述岩体损伤演化过程。 数值模拟结果表明,动态接触算法能够有效地模拟块体之间的撞击过程。岩板在子弹中心撞击作用下, 破裂最先出现在岩板背面中心处,并逐渐向岩板四周及正面延伸。同时,在较低撞击速度作用时,岩板 断裂由产生的径向裂纹控制。随着撞击速度逐渐增加,环向裂纹出现,并与径向裂纹共同决定了岩板的 断裂形式。     

水下岩体冲击破坏数值模拟RHT模型参数确定方法

水下岩体冲击破坏模拟过程中,岩体参数取值对破坏动态分析有重要影响,如何快速估算工程岩体RHT参数对工程施工具有重要意义.通过岩体纵波波速和Hoek-Brown准则,确定弹性模量、密度、抗压强度等岩体基本物理参数,并依据这些物理参数确定全部RHT模型参数,所得岩石参数能有效表达水下岩体物理特性,更能反映工程实际,为相关工...     

钢筋混凝土构件细观数值模拟分析

在混凝土材料细观力学分析模型的基础上,提出了一种钢筋混凝土构件非线性力学特性分析的细观数值方法。使用这种细观力学方法对轴压加载作用下某一钢筋混凝土柱的损伤破坏过程及宏观力学特性进行了数值模拟研究,并与试验结果和宏观力学模型方法分析结果进行了对比。研究表明：（1）细观尺度上,采用细观力学模型获得的钢筋混凝土柱的破环模式及宏观力学性能均与试验结果吻合良好,验证了本文细观力学方法的有效性和准确性;（2）相比于宏观尺度分析模型,细观力学模型考虑了混凝土的非均质特性,从而更真实地揭示了钢筋混凝土柱的破坏过程及破坏模式,且计算结果与试验结果对比也更为吻合。     

钢筋混凝土构件细观数值模拟分析

在混凝土材料的细观力学分析模型基础上,提出了一种钢筋混凝土构件非线性力学特性分析的细观数值方法。使用本文细观力学方法对轴压加载作用下某一钢筋混凝土柱的损伤破坏过程及宏观力学特性进行了数值模拟研究,并与试验结果和宏观力学模型方法分析结果进行了对比。研究表明：(1) 细观尺度上,采用细观力学模型获得的钢筋混凝土柱的破环模式及宏观力学性能均与试验结果吻合很好,验证了本文细观力学方法的有效性和准确性;(2) 相比于宏观尺度分析模型,细观力学模型考虑了混凝土的非均质特性,从而更真实地揭示了钢筋混凝土柱的破坏过程及破坏模式,且计算结果与试验结果对比也更为吻合。     

河冰单轴压缩破坏过程细观数值仿真

为了解并认知河冰材料的内在属性,对黄河封冻期的河冰进行了现场取样观测并开展了单轴抗压破坏过程的物理试验,依据物理试验结果,在细观层面将河冰看成由晶粒、晶界、初始缺陷构成的非均质材料,给出了随机缺陷界面弹簧元模型模拟河冰单轴压缩强度的数值方法,模拟了河冰在单轴受压荷载作用下的开裂破坏过程,分析了初始缺陷分布和含量、晶粒尺寸等各相组分对河冰力学性能的影响。结果表明:随着初始缺陷含量的增加,河冰单轴压缩强度呈下降趋势,但下降幅度逐渐变缓;随着晶粒尺寸的增加,河冰单轴压缩强度呈降低趋势,且与晶粒尺寸d-1/2呈线性相关关系。与物理试验对比发现,该计算模型能较好地模拟黄河冰的单轴压缩强度和开裂过程。     

节理岩体岩桥断裂扩展机制细观模拟

大量岩土工程的失稳破坏与其内部节理裂隙的扩展、贯通密切相关,因此,研究节理、裂隙的相互作用,分析节理岩体的强度特性及其变形破坏机制,可以合理地预测实际工程的可能破坏模式和评价工程岩体的稳定性。该文采用颗粒流程序从细观尺度模拟了岩桥的剪切破坏、拉剪复合和翼裂纹扩展破坏3种贯通方式,并且分析了其扩展机制。     

基于损伤理论的重力坝坝基岩体渐进破坏数值模拟研究

目前,有关重力坝深浅层抗滑稳定问题的研究主要集中在分析方法和失稳判据上,而对于荷载作用下坝基岩体与软弱结构面不断弱化,进而导致大坝失稳的过程则鲜有成果。本文基于损伤力学的相关理论,考虑岩体材料的非均匀性,建立了坝基岩体损伤破坏的数值分析模型。以三峡大坝左岸3号非溢流坝段为研究对象,动态模拟了其坝基岩体的损伤破坏过程,给出损伤区的发展和不同损伤程度的分布,并对其整体稳定性进行了安全分析。计算结果与室内模型试验的结果相当接近,证明了本文建立的损伤数值模型的可靠性,表明本模型可以用于岩体破坏机理的研究和抗滑稳定安全性分析。     

基于损伤理论的重力坝坝基岩体渐进破坏数值模拟研究

目前，有关重力坝深浅层抗滑稳定问题的研究主要集中在分析方法和失稳判据上，而对于荷载作用下坝基岩体与软弱结构面不断弱化，进而导致大坝失稳的过程则鲜有成果。本文基于损伤力学的相关理论，考虑岩体材料的非均匀性，建立了坝基岩体损伤破坏的数值分析模型。以三峡大坝左岸3号非溢流坝段为研究对象，动态模拟了其坝基岩体的损伤破坏过程，给出损伤区的发展和不同损伤程度的分布，并对其整体稳定性进行了安全分析。结果表明与室内模型试验的结果相当接近，证明了本文建立的损伤数值模型的可靠性，可以用于岩体破坏机理的研究和抗滑稳定安全性分析。     

基于细观层次的轻骨料混凝土压缩破坏及端面效应数值模拟

为探索轻骨料混凝土力学性能及破坏规律,采用细观数值模拟方法,将轻骨料混凝土看作由球形轻骨料颗粒与砂浆基质组成的两相非均质复合材料,建立三维随机骨料模型,模拟轻骨料混凝土单轴抗压破坏过程,研究分析加载端面约束效应对其裂纹扩展及材料力学性能的影响。研究结果表明：(1)与普通混凝土相比,轻骨料混凝土压缩破坏时,裂纹最先发生在轻骨料处,且裂纹会直接贯穿轻骨料进行延伸;(2)加载端面无约束试件最终形成轴向劈裂破坏,有约束试件最终形成倒锥形破坏;(3)加载端面无约束试件的抗压强度与峰值应变相对于有约束试件分别降低了29.6%、45.5%。该模型及模拟结果为传统宏观试验的不足提供了有效补充。     

面板坝溃决过程模拟计算

籍助物理模型试验，在搞清决口水流参数、面板受力状况、面板溃板特性、机理等的基础上，通过研究，本文提出了面板坝溃决过程的模拟计算方法，并结合沟后面板坝工程条件，进行了溃决过程的计算。把计算取得的各项溃坝数据与沟后的现场调查资料相比，二者相当吻合。     

滑坡渐进破坏运动过程的颗粒流仿真模拟

采用颗粒流离散元模拟滑坡的变形破坏全过程,不需要假定滑动面的位置和形状,颗粒根据所受到的接触力调整其位置,最终从抗剪强度最弱面发生剪切破坏。白河滑坡是受强降雨影响诱发的上部顺层、下部微切层的大型古基岩滑坡,滑坡的发生是其独特内外因共同作用的结果。据现场调查资料,总结了滑坡的成因与形成机制。运用基于离散元法的颗粒流（PFC）程序,引入平行粘结模型,通过数值模拟,确定滑带土细观参数与宏观力学性质的关系;据此建立滑坡模型;然后,运用颗粒流离散元法对滑坡运动渐进全过程进行数值模拟,对滑坡不同关键部位进行位移、孔隙率变化及应变监测,阐明其渐进发展过程,明确其时空演化规律。模拟结果表明：上部的土体沿基岩面先出现开裂,导致中部滑体产生剪胀,对下部古滑体产生推挤作用,导致新老崩积堆积区及白河中学食堂地区的失稳,形成整体滑动。通过对白河滑坡发生→发展→破坏的动态演化模拟,可为工程决策提供理论依据。     

降雨条件下膨胀岩边坡失稳数值模拟研究

为了揭示膨胀岩边坡破坏机理,采用流固耦合的非线性有限元分析方法,对膨胀岩边坡降雨失稳现场试验进行了数值模拟研究,改进了膨胀岩边坡稳定分析技术,使之能考虑膨胀岩的膨胀性、裂隙性,以及非饱和膨胀岩的吸湿软化特性。数值计算结果表明:非饱和膨胀岩的吸湿软化特性是膨胀岩边坡渐进性破坏的主要原因,膨胀性进一步加剧了这种影响;大气影响带膨胀岩的风化和干湿循环影响导致的浅层裂隙,是膨胀岩边坡浅层滑动的根源。     

基于分析分解模型数值试验的围岩力学参数估算

地下硐室围岩因结构面存在稳定性显著降低,且受结构面影响难以进行力学参数室内试验测定,导致不同围岩力学参数难以准确表示。提出一种采用分析分解模型数值试验估算围岩力学参数的新方法,依据围岩分类体系结果,借助FracSim 3D程序构建不同围岩类别的三维结构面网络模型,并通过x,y,z方向截取二维结构面网络图以反映岩体各向异性特征,实现构建分析分解模型;之后,应用已有试验成果将分别得到的对应的完整岩块及相关结构面的力学参数值作为模型基本输入参数;最后,应用有限元法(Phase 2D程序)建立其对应的岩体结构数值模型,通过有效控制边界条件实现对单轴压缩、三轴压缩等试验的模拟,即实现用宏观等效的岩体模型来预测岩体强度与变形特性,进而完成对不同类别围岩力学参数值的确定。     

基于数值仿真的全强风化岩质边坡失稳机制研究

利用数值分析方法来分析边坡的稳定性正逐渐被人们所重视。以某公路边坡工程为例采用考虑地形变化的极限平衡法和考虑变形发展过程的有限元强度折减法相结合的方法对全强风化岩质边坡的失稳机制进行了研究。研究结果表明:边坡的失稳破坏机制表现为典型的牵引破坏,全强风化岩体遇水容易软化,边坡中前部抗滑段饱和时会导致岩体强度极大下降,对于边坡的稳定十分不利,中前部边坡失稳导致滑坡逐渐向上发展,牵引逐级发育,前一级潜在破坏为后一级的发展提供了临空空间。针对这种失稳机制,建议工程措施应重视阻滑段的疏排水,通过工程加固手段阻止第一级破坏发生。     

水工附环闸门闭门过程水力特性数值模拟研究

基于VOF方法对某水电站中孔事故附环闸门闭门过程进行数值模拟研究。采用三维标准k-ε紊流数学模型模拟计算了相关水流特性,通过对闸门区流道、门叶孔道以及闸门井内流线运动、流速分布、压强分布及门叶所受动水荷载等进行计算分析,得到了事故闸门闭门过程中的相关水力参数随闸门开度变化的曲线。研究成果可为类似闸门体型的设计运行以及工程体型优化提供依据。     

地下洞室施工开挖的三维弹塑性数值模拟分析

采用三维弹塑性有限元法对某水电站地下厂房主洞室施工开挖过程进行数值模拟计算。通过分析地下洞室开挖过程中围岩和岩锚吊车梁的变形状态、应力状态、屈服区分布以及整体稳定性。得到应力及变形的发展规律以及屈服区出现的部位,指出在设计、施工中的注意事项,为工程设计和施工决策提供理论参考依据。     

坝体溃决过程与溃坝洪水演进耦合数值模拟

研究坝体的溃决过程与溃坝洪水演进对于处置由溃坝引起的洪水灾害、提升水利安全具有重要的意义。鉴于目前大多模型均将坝体溃决过程与溃坝洪水演进分别进行模拟,不能反映土体与水流相互耦合的特点,模拟结果精度有限。基于对土体有限抗冲能力的考虑,选取双曲线型冲蚀速率表达式描述坝体冲蚀、采用简化Bishop法搜索临界滑裂面描述溃口边坡坍塌和具有总变差不增特性的MacCormack有限体积法离散控制方程,建立了坝体溃决过程与溃坝洪水演进耦合的平面二维数值模型。实际算例表明模型合理地模拟了溃口的发展过程与洪水演进过程,在溃口急缓流转换区展现了较强稳定性,守恒性良好,可作为溃坝洪水风险评估与洪灾预报的有力工具。