基于离散元的钢混结构倒塌全过程分析

钢筋混凝土框架结构倒塌过程中,结构由连续状态过渡到非连续状态,构件发生断裂、碰撞,各单元排列“失序”,常用的数值计算方法难以模拟出完全分离单元间的碰撞和堆积状态。文中利用改进的离散单元建立结构模型,确立构件断裂准则及碰撞准则,编制计算程序,检索碰撞单元,对结构倒塌全过程进行数值模拟,计算结果与混凝土框架结构爆炸倒塌试验结果一致,为离散单元法在混凝土框架结构倒塌全过程数值分析提供参考。     

基于离散元理论的岩体高边坡稳定性分析

针对西南地区水电项目建设过程中遇到的岩石高边坡开挖稳定性的问题,采用离散元理论,充分考虑结构面对岩石边坡的影响,对岩石边坡开挖及锚固后的稳定性进行分析评价,对离散元理论在实际项目中的应用进行了尝试.     

裂隙岩体注浆块体离散元方法模拟分析

涌水是海底隧道建设面临的主要难题之一,注浆可以有效降低涌水并加固围岩,保障施工安全.采用块体离散元方法模拟研究了浆液-裂隙耦合模型、裂隙剪胀等因素对裂隙岩体浆液扩散的影响规律.结果 表明:(1)考虑浆液-裂隙耦合作用对浆液最大扩散距离有显著影响,结合Barton-Bandis(BB)裂隙本构模型更能够反映裂隙变形的真实...     

滑坡堵江灾害分析及离散元数值模拟

简要分析了滑坡堵江形成的灾害链,采用离散元软件PFC2D对其进行了模拟,考虑了地形坡度及河道宽度对堵江的影响,模拟结果表明,河宽是决定滑坡体能否堵江的重要因素,随着河宽层增加,滑坡堵江由全堵型变成部分堵江。     

松散软岩巷道破坏的颗粒离散元模拟分析

松散软岩巷道的开挖与支护问题一直是理论与工程难题,围岩破坏机理则是围岩变形控制的关键。结合具体工程,针对一种典型的松散软岩,根据其地质条件和物理力学特性,采用颗粒离散元软件对软岩中巷道的开挖过程进行了数值模拟。文章还再现了软岩从开挖到破坏的整个力学演变过程,以及围岩在一定范围内从裂隙产生到贯通的整个渐进式破坏过程,详细分析了围岩各个关键部位的应力特征,得到巷道围岩应力分布特征图。在等围压的情况下,岩体还表现出较好的成拱效应,能够较好地自稳,得到巷道围岩成拱示意图。分析结果与巷道弹塑解能很好地吻合。以上结果表明,颗粒离散元对类似的岩土工程力学过程和机制的分析有很好的运用前景。     

颗粒体材料力学性质的离散元模拟

基于离散单元法颗粒流理论,对颗粒材料室内三轴试验进行PFC3D模拟,通过对比具有不同组构颗粒半径及不同颗粒胶结强度的散体颗粒试样的试验结果,定性分析探索了颗粒半径及胶结作用对于颗粒体材料力学性能的影响,发现减小组构颗粒半径以及提高颗粒间胶结强度对于颗粒力学性能都存在提升作用。     

高速公路滑坡稳定性离散元模拟研究

以定汉高速高桥滑坡工程为依托,首先采用双轴压缩模拟实验与宏观力学参数值对比标定的方法确定出滑坡各岩土层的细观参数,经过验证该组参数可用于后续的滑坡稳定性分析。进而建立了滑坡的离散元模型,研究滑坡的稳定状态,并预测其滑动过程和破坏模式。结果表明:滑坡中的粉质黏土层向下滑动,并在坡脚堆积。强风化花岗岩和中风化花岗岩未发生滑动,滑动面为粉质黏土层与花岗岩的交界面。离散元模拟结果与极限平衡法分析的结果有较好的一致性,该模拟结果对该工程的设计、施工具有指导意义。     

混凝土框架连续性倒塌的3维离散元数值模拟

目前对建筑物连续性倒塌的研究,多集中在有限元方法的改进,由于建筑物倒塌是一种非线性问题,因此一般有限元计算很难收敛。所以有限元法根本无法模拟结构倒塌的全过程。基于离散元原理的颗粒流数值模拟理论,借助离散元软件,编制了计算模型和分析程序,对混凝土框架的开裂、失效、退出工作、局部倒塌一直到整体倒塌,进行了全过程数值模拟。分析结果表明只要合理建模,离散元计算速度快,收敛效果好,能比较真实地反映结构连续性倒塌的过程。     

节理岩体刚度参数选取与三维离散元模拟

针对结构面刚度参数的难点问题,利用离散元程序3DEC进行数值计算。通过岩石结构面直接剪切试验研究并结合理论分析,得到刚度参数表征经验公式,并采用三维离散元数值分析法对室内试验结果进行了验证。研究结果表明,利用数值试验能够得到与室内试验较为一致的结果,说明经验公式法选取的刚度参数能够较好地反映结构面剪切破坏前的变形特征。通过对Bandis经验公式重新引入修正函数f(τ/τp)后求得的剪切刚度Kst能够更好地反映剪切破坏前结构面的剪切变形特征。     

隧道塌方影响因素离散元分析

塌方是隧道施工过程中最常见的一种围岩破坏现象.现场塌方统计分析结果表明:围岩地质条件、隧道断面形式及大小、隧道埋深、地下(表)水、爆破扰动、施工措施不当是隧道塌方的主要影响因素.采用离散元方法(PFC2D),对上述塌方影响因素对隧道的影响进行了系列数值模拟计算,并将计算的隧道塌方量与几种常用的隧道松动荷载计算方法进行了对比分析.计算中所选取的参数如颗粒直径、摩擦系数、孔隙率、粘结强度等是通过双轴数值实验确定的.计算结果表明,隧道围岩强度越低,隧道高跨比越小,隧道塌方程度越严重;隧道埋深不同,隧道塌方表现形式不同;支护可以有效地抑制塌方,而地表水及地下水的入侵可严重恶化隧道的塌方程度.数值计算的隧道塌方量与公路隧道规范松动荷载计算方法最为接近.     

大跨度散装平房仓柱下独立基础选型实例分析

针对粮库平房仓基础形式的选择问题，分析了柱下独立基础的三种常见形式的设计及受力情况，结合工程实例，为工程设计人员提供了基础选型的建议。     

大直径浅圆仓散料侧压力非线性分布分析

采用楔体单元模型,基于滑动楔体极限平衡方法,得出了截锥堆载工况下的浅圆仓散体侧压力的计算公式,分析了仓壁散料侧压力的非线性分布规律,并通过与现有其他方法比较指出了该方法的优越性。     

基于连续介质模型的颗粒材料孔隙度及孔隙水压力计算公式

孔隙度是能够部分反映颗粒材料微观结构的一个宏观量,其数值及其演化对颗粒材料的宏观力学行为有重要影响。基于连续介质模型,在颗粒体积应变均匀的前提下推导了颗粒材料的孔隙度随颗粒集合局部平均体积应变的演化公式,并应用该关系式结合孔隙水状态方程给出了饱和颗粒材料的孔隙水压力与孔隙度、固体颗粒体积模量、固体颗粒变形之间的关系。所得公式可用于饱和含液颗粒材料流–固耦合计算或饱和多孔介质宏观–细观多尺度流–固耦合渗流分析。     

环锥型散体材料对筒仓侧壁的主动侧压力

采用楔体极限平衡分析方法,提出了环锥型散体材料对仓壁侧压力的计算方法。结果表明:由于没有考虑环锥型堆料特点,规范方法所得的侧压力系数、最危险滑裂面与水平面夹角与由环锥型所得到的有一定区别:当筒仓高径比较小时,规范方法所得的侧压力系数比由环锥型所得的侧压力系数小,当高径比较大时,规范方法所得的侧压力系数比由环锥型所得的侧压力系数大;随着筒仓高径比的增大,两种方法所得的侧压力系数均逐步减小,规范方法与本文方法所得的侧压力系数比值逐步增大。     

基于Rankine模型的墙体位移–土压力近似计算

墙体位移是影响土压力的核心要素。根据Rankine土压力模型,以试样在单剪试验中的剪切过程近似模拟墙后土体由静止进入极限状态的历程,构建土体剪应变与墙体位移在等极限应变条件下的几何方程和基于点应力状态的剪应力与土压力平衡方程,结合以双曲线表达且与几何方程相匹配的剪应变–剪应力理想非线弹塑性物理模型,建立综合反映土体变形与强度特性及初始应力状态影响的墙体位移–土压力函数关系,讨论极限状态下墙体位移的主要影响因素。分析表明:静止与被动(或主动)状态之间的墙体位移–土压力曲线是土体应力–应变特性的宏观体现,两者随变形的增加呈现出相似的变化规律;主动(或被动)状态下的墙体位移随土体极限剪应变、滑移区范围的增加而增大,随静止土压力系数的降低而减小(或增大);工程设计常用力学指标下的粗细粒土进入主动状态时,墙体位移与墙高之比为0.6‰~15.0‰,被动时为-0.5%~-5.9%,理论分析与相关文献模型试验结果吻合。     

泥石流拦砂坝坝基土颗粒级配对扬压力影响实验研究

颗粒级配是影响坝基渗透的重要因素,并影响扬压力的大小和分布特征。采用自制装置对不同颗粒级配的6种土样进行坝基渗透实验和竖向渗透实验,研究了细颗粒含量和最小粒径对坝基渗透和扬压力分布的影响,并建立了细颗粒含量与坝基渗透系数和扬压力之间的关系。研究结果表明:坝基土细颗粒含量530%P40%时,最不易发生沉降变形和渗透变形;不同颗粒级配下坝基扬压力沿中轴线均呈线性衰减;坝基土发生渗透变形前扬压力折减系数与渗透系数存在对数变化关系,与细颗粒含量呈线性负相关关系,渗透变形后,扬压力出现大幅波动。     

墙体绕基础转动情况下挡土墙主动土压力分布

采用库仑土压力理论的假设 ,挡土墙上的主动土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生 ,在该滑动楔体上沿填土深度方向取水平层薄单元进行分析 ,建立关于挡土墙上土压力强度的一阶微分方程 ,给出了墙体绕地基转动变位模式下 ,土压力强度、土压力合力和土压力合力作用点的理论公式 ,并与库仑土压力理论、墙体平动变位模式下土压力和有关实验结果进行了比较分析。结果表明 ,墙体绕地基转动变位模式下土压力合力与墙体平动变位模式下土压力合力相等 ,并等于库仑土压力理论计算结果 ,但土压力合力作用点和土压力分布有显著差别。     

Investigation on relations between grain crushing amount and void ratio change of granular materials in one-dimensional compression and creep tests

Grain crushing plays an important role in one-dimensional (1D) compression and creep behaviors of granular materials under high stress. It is clear that the macro-properties of granular materials are closely related to the micro-fracture properties of grains in 1D compression and creep tests. In this paper, a series of 1D compression and creep tests were performed on Ottawa sand to investigate the deformation and grain crushing properties of granular materials, and it shows that the void ratio is correlated to the grain crushing amount (the quantity of crushed grains) for granular materials subjected to grain crushing. The test results, combining with the existing test data related to grain crushing of granular materials, were used to verify the relation. Moreover, the implications of these relations on the yield of granular material, and the equivalent effect of stress and time in changing soil fabric are presented.     

基于模型不确定的挡墙土压力计算

基于模型不确定性土压力问题,从滑动土体整体静力平衡方程出发,推导了一般情况下土压力泛函极值等周模型,包含了主动和被动极限状态两种情况。通过引入坐标变换对土压力变分问题进行求解,得到了滑裂面函数和沿滑裂面分布的法向应力函数,将土压力的求解进一步转化为以两个拉格朗日常数为未知量的函数的极值问题。在函数Ф随作用点位置系数ξ的变化曲线中,可以找到一段Ф=0的水平直线段,此直线段即为合理作用点位置系数范围,由此可以确定对应的土压力范围。通过算例对主动和被动两种情况予以说明。计算表明,作用点位置系数存在上下界限值,且分别对应土压力最大值和最小值及对应的滑裂面。土压力的大小和作用点位置依赖于挡墙变位模式,作用点位置系数上下限处所对应的土压力构成的数值范围,包含了各种挡墙变位模式下的土压力。通过本文提出的方法可以得到挡墙不同变位模式下,土压力大小和作用点位置的区间估计,以便为工程设计人员选用。     

青藏铁路L型挡土墙的土压力实测与分析

结合青藏铁路格拉段目前唯一的支挡结构---L型挡墙这一工程措施 ,对墙后土压力或冻胀力进行了一个冻融循环期的现场测试。同时 ,研究了土压力和冻胀力的几种分析模式。对比分析表明 ,多年冻土区的墙后实际受力状态远大于设计应力状态。因此 ,结合多年冻土的特点 ,提出了考虑破裂滑动楔体以外可能的其他作用力修正分析模型 ,为今后类似工程的设计、施工提供了参考依据。