离散元-边界元动力耦合模型

本文提出了一种二维变形体离散元与时域边界元的耦合模型，这一模型可以将非连续体的模拟与无限域的模拟统一在一个模型中，可用于在地震波动输入条件下，考虑辐射阻尼的岩体边坡或地下结构等的动力稳定和变形分析，拓宽了离散元动力分析的领域。算例分析表明本耦合分析模型具有较高的精度。     

一种改进的离散元模型建立方法

针对传统动力法建立离散元模型存在的缺点,对其进行了改进。改进后的动力法可以在整个填充区域内随机地投放颗粒,不需要人为指定颗粒投放区域,这样就缩短了后续动力计算的时间。改进动力法建立离散元模型主要包括:根据级配曲线或者指定的半径区间生成初始颗粒半径集合,并将其投放到填充区域内;将投放后的颗粒导入PFC2D进行计算。在PFC2D计算过程中,为了避免颗粒飞到填充区域外,在初始计算阶段将颗粒半径缩小一半,后续采用颗粒半径逐步放大法将颗粒半径恢复为初始值。某些情况下在移除辅助建模边界后,为了避免颗粒出现飞溢现象,采用颗粒半径微调法逐步减小颗粒间及颗粒与边界之间的接触边界力。以某边坡为例,采用改进后的动力法快速正确地建立其离散元模型,验证了该方法的正确性。     

基于离散元的高陡堆石边坡失稳过程模拟

鉴于工程中出现的越来越多的高陡堆石边坡工程,其稳定性、失稳过程、影响范围对工程的运行安全至关重要,采用离散元数值模拟方法开展高陡堆石边坡失稳过程模拟。以某抽水蓄能电站工程为例,建立高陡堆石边坡离散元模型,通过模拟极限工况下的边坡失稳过程,分析该高堆石边坡的堆石运动、挡墙受力以及边坡整体变化情况。根据平均不平衡力比,将堆石边坡失稳过程划分为5个阶段,并重点分析各阶段内边坡体型、堆石位移、堆石速度等的变化;通过监测堆石边坡能量、挡墙受力等变化情况,进一步揭示堆石边坡的失稳机制;通过对比初始状态和失稳后块石位移与越过特定位置的块石数量,论证挡墙措施的阻滑作用;结合到达河床底部的颗粒数量和挡墙受力变化情况,认为堆石边坡底部的混凝土挡墙迫切需要加强,通过对高陡堆石边坡进行离散元数值模拟,明确了边坡失稳过程、影响范围,并提出了混凝土挡墙的建议高度。     

两家人水电站滑石板顺层岩质边坡滑坡机理数值模拟

滑坡地质灾害影响因素众多、机理复杂,单纯采用地质分析缺少依据。基于云南省金沙江两家人水电站左岸滑石板顺层岩质边坡在1996年10月28日发生滑坡的事实,在大量地质勘查基础上,采用简易滑块对滑坡机理进行了探讨,并利用颗粒离散元数值模拟方法,建立了满足滑体与滑面特性的滑坡模型,通过一系列的滑坡数值模拟试验,探讨了滑面摩擦系数、滑体强度等因素对滑坡堆积、块度、滑坡速度的影响规律,对比后期的勘查成果对当时滑坡情况进行了反馈分析。该方法可为后续滑石板边坡的稳定性研究及灾害预测提供理论依据。     

基于强度折减的离散单元法在岩质边坡稳定性分析中的应用

离散元方法是一种用于非连续介质的数值计算方法,适用于岩体断层、节理、裂隙比较发育的岩质高边坡稳定性分析.强度折减法是一种在边坡稳定性分析中应用比较广泛的数值方法,其所认定的强度储备系数跟极限平衡所提出的稳定安全系数是等效的.将离散元方法与强度折减准则相结合,采用两套离散网格:密网格代表节理裂隙发育的工况;稀网格近似等效为岩体经过加固后完整性得到提高的工况,对构皮滩水垫塘高边坡进行了计算,分析了自然边坡及开挖边坡的稳定性,并对支护效果进行了评价,为工程的设计施工提供了参考.     

基于统计与离散元理论的碎石土斜坡模型构建

离散元理论从细观角度考虑了颗粒间本构接触关系,被越来越广泛地应用于碎石土斜坡稳定性分析中。提出一种基于概率统计和离散元理论构建斜坡模型的新方法。该方法通过筛分试验得到斜坡碎石土样本颗粒级配,运用SPSS软件对样本颗粒级配进行卡方检验和KS检验,拟合出斜坡整体(总体)的颗粒级配分布;参照斜坡整体颗粒级配,依据相似理论采用PFC软件模拟斜坡模型。研究结果表明:所构建方法相对于传统斜坡模型构建方法更加合理、可信,所模似的边坡应力应变也与实际情况更加一致。     

离散元颗粒集合的应力路径相关性研究

天然岩土在受荷过程中会经历不同的应力路径,应力路径相关性是岩土材料的一项基本特性。目前尚无明确研究证实离散元颗粒集合也同样具备应力路径相关性,在一定程度上影响了用离散元方法模拟天然岩土的可靠性。针对这一问题,采用PFC2D离散元软件搭建具有粒间胶结效应的颗粒集合,通过自定义Fish语言开发出能模拟不同应力路径的双轴压缩程序,对离散元颗粒集合进行了多组双轴压缩试验模拟。试验结果表明:离散元颗粒集合同样具有应力路径相关性。在相同颗粒黏结强度及不同初始围压的条件下,围压变小的应力路径比围压不变的应力路径使离散元颗粒集合达到的峰值强度更小。在不同应力路径影响下,离散元颗粒集合在强度特性、破坏特性上都表现出一定的差异性,其结果与真实岩土材料的室内试验结果相似,说明离散元颗粒集合同样具备应力路径相关性,可用来模拟天然岩土材料。     

边坡稳定的离散元强度折减法分析

分析边坡稳定性的传统方法主要有极限平衡法和有限元法,传统的极限平衡法无法获得节理岩质边坡的滑动面与稳定安全系数,有限元法对节理岩质边坡的稳定分析需要设置节理单元,而离散单元法能真实地表达节理岩体的几何特征,便于处理非线性变形和破坏都集中在节理面上的岩体破坏问题,因此可以更好地模拟边坡的稳定状况。将离散元法与强度折减法结合,分别对土质边坡和含结构面的岩质边坡的稳定性进行了算例分析,结果表明离散元强度折减法在岩土体边坡稳定分析方面具有潜在的优越性,是节理岩质边坡稳定性分析的可行、有效的方法。     

基于3D离散元的岩质边坡最大开挖角确定

为解决岩质边坡最大开挖角确定的问题,利用3D离散元软件模拟边坡渐进开挖过程,探讨岩质边坡失稳的动态过程,从而确定岩质边坡的最大开挖角。以某水电坝址岩质边坡为例,对其进行数值模拟,结果所确定的最大边坡开挖角为47°。数值分析表明,将47°作为无支护条件下的边坡开挖角是合理的,与运动学方法所确定的38°开挖角相比,更接近实际的极限情况。故用3D离散元确定节理岩质边坡的最大开挖角具有一定的实际应用价值,对边坡分级开挖,确定合理边坡开挖角具有一定的指导意义。     

非饱和重塑黄土的一种简化离散元模型

黄土是一种水敏性颗粒材料,其强度受含水率影响十分明显。基于非饱和土力学的基本理论,利用颗粒离散元方法,建立了一种非饱和黄土的简化离散元模型。在对非饱和黄土的力学特性进行离散元模拟分析后,与室内三轴试验进行了对比验证。对比模型和试验结果发现：不同含水率试样的应力应变关系受土体颗粒间摩擦系数直接影响,表现为试样含水率越高,摩擦系数越小,说明该离散元模型在一定范围内能够反映重塑黄土的土力学特性。     

高面板堆石坝坝坡稳定的动力有限元分析

建立新的有限元分析方法,为准确合理地进行高面板堆石坝的坝坡稳定动力分析提供参考。基于应力水平的有限元计算结果,将大型有限元软件ADINA的应力变形计算功能与GEO-SLOPE软件的边坡稳定分析功能相结合,提出了高面板堆石坝坝坡稳定动力有限元分析方法,并利用该方法对紫坪铺水利枢纽工程面板堆石坝在"5·12"汶川大地震期间的大坝动力反应及坝坡稳定进行了三维有限元模拟分析,得出坝体位移的动力分析计算结果与该坝震后位移实际观测结果基本吻合,坝坡动力稳定的分析计算结果与震后实际调查分析结果基本一致。所提出的高面板堆石坝坝坡稳定动力有限元分析方法是合理的,所获得的分析计算结果准确可信。     

基于离散单元法的锚固岩质边坡动力响应研究

采用离散元单法和动力时程法,应用UDEC程序,计算某水电站厂房后方顺层块状岩体边坡动力响应,计算结果表明:动力荷载作用下未支护岩质边坡的破坏可划分成:未滑动、缓慢发展、加速发展和破坏4个阶段;边坡在地震荷载下的破坏是一个累积的过程;锚杆单元的轴力响应曲线与该单元附近的岩体的相对位移时程曲线相关性很好,表明锚杆周边单元之间相对位移是导致锚杆发挥加固作用的原因之一。研究了锚杆轴力分布规律,并据此提出了边坡加固优化方案,该加固方案对相似工程具有参考意义。     

基于动力强度折减法的地震边坡稳定性分析

目前关于动力作用下边坡稳定性的分析方法仍存在一些不足之处,如动力问题按静力处理、未充分考虑加载地震波的动力效应、仅考虑剪切破坏、未考虑边坡滑动面形成的渐进破坏过程等。鉴于此,本文同时考虑坡体拉剪强度参数的折减及边坡渐进破坏的过程,结合动力有限元强度折减法原理及边坡动力失稳判据,从监测点位移及加速度突变、计算数值收敛性及拉剪破坏面贯通情况3个方面,确定边坡的动力稳定安全系数及拉剪破坏面。结果表明:动力有限元强度折减法能够定量有效地进行地震作用下岩质边坡稳定性评价,并充分反映了边坡渐进破坏过程,其结果可为地震作用下岩质边坡的抗震设计及动力稳定性分析提供参考。     

拉西瓦水电站Ⅱ#变形体爆破动力稳定性研究

基于大型分析系统FINAL,采用特有的动态接触界面单元模拟潜在滑动面,对拉西瓦水电站左岸坝肩Ⅱ#变形体在爆破振动荷载作用下的动力稳定性进行了有限元时程分析,提出了适用于拉西瓦工程边坡的爆破安全判据。数值仿真分析结果表明:采用动态接触界面单元充分考虑了岩体中贯通性结构面对爆振波传播特性的影响,以及对边坡动力稳定性的影响;爆破作用对拉西瓦坝肩这样的较大的坡体的整体安全性影响不大,但对局部失稳破坏的作用较明显,当单响爆破药量达300kg时,坡体的整体最小动态安全系数为1.32,相对于静态安全系数降低了不到10%。本文的分析结果对工程中岩质高边坡爆破施工和动力稳定性分析有较好的借鉴或指导作用。     

青川县东山斜坡地震动力响应数值验证

岩质边坡地震动力响应分析对于防灾减灾极为重要,但是以往研究大多仅考虑地形因素影响,鲜有成功定量分析边坡动力响应分析的报道。为此,在充分考虑地形效应的基础上,试图探索以数值方法在考虑结构面因素的情况下,定量分析岩质边坡动力响应的可行性。选取一种离散方法——非连续变形分析(DDA)作为数值分析方法,结构面效应通过改变结构面处DDA罚弹簧值实现,将水平向和竖直向地震荷载同时输入至模型中。计算结果表明,在阻尼选择合理的情况下,DDA能够准确反应水平向放大系数,而竖向只能定性吻合;广泛分布的结构面会由于降低岩层的等效阻抗,增加与周围岩层的阻抗差进而影响边坡动力响应结果,影响程度在40%～70%。另外,结构面产状会使边坡动力响应出现较强的各向异性,而这也是传统基于连续介质力学的数值方法难以反映的现象。本研究结果验证了结构面效应,同时证实了DDA能够准确地反映和验证边坡水平向地震动力响应关系,对岩质边坡抗震设计具有重要意义。     

岩质边坡稳定性时程分析下限法研究

基于动力学理论、塑性极限分析下限法理论、块体单元离散技术以及数学规划理论,提出了一种岩质边坡地震动力稳定性的时程分析下限法.首先使用块体单元离散岩质边坡,然后采用拟动力法原理计算块体单元形心的地震时程加速度,最终建立符合平衡方程、屈服条件、力边界条件的岩质边坡地震动力稳定性的线性数学规划模型,最后使用数学规划算法求解模...     

边坡地震响应的动力有限元分析

边坡的地震响应是一个复杂的命题,也是近年来的的热点,尤其是“ 5.12 ”地震以后。目前,动力有限元是解决边坡地震响应问题行之有效的方法之一 , 它以地震时程加速度作为反映地震荷载的主要因素,能够定量地反映出地震时程加速对边坡不同的应力场、位移场、运动速度的影响。以某水电站坝前一个受“ 5.12 ”地震所诱发复活的巨型滑坡为例,运用动力有限元软件,对该滑坡进行了地震荷载作用下的响应分析,计算得出了地震作用下该滑坡产生的水平垂直动位移、加速度、最大剪应力场。最后,图示说明了滑坡在地震作用下的往复振动对其稳定性的影响,得到了该滑坡的安全系数时程曲线,各项计算结果量值与地震后滑坡实际量值一致,这表明“ 5.12 ”地震是导致该古滑坡复活的直接原因。     

三峡船闸高边坡在地震作用下的稳定性分析

采用有限元动力分析和改进的Sarma极限稳定分析程序对三峡船闸高边坡的动力特性、动态应力和动位移以及边坡的动力放大系数进行了计算分析 ,并对船闸高边坡在地震作用下的稳定性进行了计算。结果表明 ,在自重和地震作用下 ,边坡整体是稳定的。     

不同参数对土石坝地震动力响应影响

采用有限元法研究土石坝边坡动力响应,通过大量有限元计算,研究弹性模量、阻尼比、坝高、覆盖层厚度以及地震动参数对土石坝坝体动力响应的影响规律,为拟静力法高土石坝边坡稳定分析奠定基础。