基于离散元方法的河冰动力过程短期预测模型及应用

秋末冬初时黄河河道平稳封河对于预防凌汛意义重大,而什四份子作为黄河内蒙古河段主要首封河段备受重视.根据寒区河道具体冰情,基于河冰离散元方法,考虑河流表面冰的动力输移和河流水动力学的相互耦合作用,建立了针对特定重点河段的短期预测模型,可根据实际水力要素、气温、现场冰情等条件进行河冰输移、封河开河等情况的模拟和预测.模型考...     

节理岩体中地下水流动的三维离散元方法研究

通过对三维离散元中渗流计算模型,渗流几何模型与力学几何模型的结合等问题研究,提出了三维离散元中渗流计算与力学计算的耦合方法。将该计算方法应用到某地下洞室块体稳定计算中,分析了地下水作用和节理张开度对计算结果的影响。计算结果表明,其结果是符合实际的。     

三维非连续变形分析方法及其研究应用进展

作为一种新的数值计算方法,非连续变形分析(DDA)法正以其优良的性能和品质得到广泛的应用和发展。本文就三维DDA的研究状况及其应用的新进展作一总结和讨论,并对其发展方向进行了初探。     

基于离散元方法的竖直群桩冰荷载分析

在高纬度海域或高寒地区的江河中,碎冰对海洋平台桩腿和桥墩等直立群桩结构产生很大的冲击作用,并在一定条件下造成不同程度的破坏。依据碎冰在自然条件下的离散分布特性,采用Voronoi切割算法构造随机分布和具有非规则几何形态的碎冰初始状态,在此基础上采用若干个具有黏结-破碎功能的球形颗粒构造具有一定厚度、尺寸和形状等物理参数的河冰离散单元模型,将竖直群桩简化为刚体结构,从而对碎冰的运移及其对群桩的冲击作用进行数值模拟。在此基础上可确定碎冰撞击下的群桩冰荷载,并分析冰块尺寸、冰速和冰厚对桩结构所受冰荷载的影响。     

软弱基座型滑坡形成机制离散元数值模拟研究

软弱基座型斜坡具有“上硬下软”的双层坡体结构,其变形破坏方式和失稳模式也较为复杂。为了详细分析该类型边坡的变形破坏机制,以具有此类坡体结构特征的一库区古滑坡为例,在现场调查的基础上,采用地质分析法和离散元数值模拟方法研究天然、降雨和地震条件下边坡的变形破坏过程。结果表明:活跃的地质时期、陡峭的地形、复杂的地质构造和双层的坡体结构特征构成了该滑坡形成的必要条件,降雨和地震是诱发滑坡的主要外界因素;滑坡表现为倾倒变形和滑移－压制拉裂的复合型失稳模式;利用离散元数值模拟研究了坡体在天然重力、降雨和地震等不同条件下的变形破坏过程,计算结果显示降雨和地震均会导致滑坡发生,其中地震型滑坡具有持续时间更短、发生规模更大、运动距离更远的特点。     

基于离散元的滚石灾害被动防护网设计方法研究

被动防护网是边坡滚石灾害的有效防治措施,如何有效、精准和经济地设计被动防护网,对提升抵御自然灾害的综合防范能力具有重大意义。针对频发的滚石灾害,构建了基于离散元的边坡滚石灾害被动防护网设计方法。通过建立精细的边坡、滚石和被动防护网离散元模型,分析滚石运动轨迹、拦截滚石数目以及拦截效率等指标,以确定高度、长度等被动防护网参数;通过监测滚石的速度、冲击能变化为被动防护网选型提供建议;通过分析被动防护网撞击断面上不同位置的形变变化规律,确定最佳防护工况下被动防护网的最大形变位置。以某大型水电站的库区道路建设为例,采用被动防护网离散元设计方法对滚石灾害进行定量分析,确定被动防护网尺寸为长度30 m、高度5 m时较为适宜,该设计能够使碎石拦截效率达到92%,防护网材料应能抵御108.5 kJ的冲击能。根据上述分析可知,基于离散元的边坡滚石灾害被动防护网设计方法能够定量评估滚石灾害的影响范围与影响程度,从而为水利水电、道路、桥梁等工程建设中的滚石防控措施设计提供方法与经验。     

非连续变形分析方法的研究及应用现状

介绍三维非连续变形分析DDA的基本理论及工程研究现状,着重介绍接触模型分析及三维增广拉格朗日子块体接触公式,总结了DDA在岩石力学特性分析、岩体变形分析、边坡稳定分析、岩体工程加固、岩体开挖、地壳运动研究、湿砂造型等诸多方面的理论和应用状况及进展,并对其发展方向进行了初探.     

双隧洞盾构开挖过程中卵砾石层变形离散元分析

随着地铁盾构施工的发展,研究隧洞开挖对卵砾石地层变形的影响尤为重要.采用离散元方法研究了隧洞开挖及盾尾空隙造成的卵石地层变形特征,对比分析了单隧洞与双隧洞开挖对地层变形的影响.研究结果表明:卵砾石地层的地表变形可分为初始变形阶段、加速沉降阶段与沉降完成阶段;隧洞轴线上地表的沉降变形最大,随着水平距离的增加与埋深的减小,...     

基于离散元方法与水动力学耦合的河冰动力学模型

流凌和冰坝是我国北方冬季比较常见的河冰现象,尤其冰坝,可导致严重的凌洪灾害,是河冰研究中的重要部分。本文将离散单元方法与二维水动力学相耦合,建立河冰的动力学数值模型,以模拟河冰输移、聚集、堆积,以及冰坝形成的动力过程。针对河道中大量密集且几何形状随机的流冰现象,采用扩展多面体单元对冰块进行构造,并通过离散元接触模型表征河冰输移和冰坝形成过程中冰块间的相互作用。河流水动力部分则采用考虑河冰影响的二维非定常浅水方程进行描述,并采用有限元方法进行数值计算。冰水耦合中的计算参数由河冰离散单元与其所在水动力学有限元网格节点的位置插值计算得到。通过对冰盖封河造成水位抬高过程的数值模拟,并将计算结果与理论分析结果以及DynaRICE河冰模型的模拟结果进行对比,以验证模型的有效性。在此基础上,对规则河道中河冰输移、堆积和形成冰坝的过程进行数值模拟和结果分析。通过以上河冰离散元与水动力学的耦合方法及其对河冰动力过程的数值模拟,对河冰动力过程从细观角度进行新的认识并为河冰动力过程研究提供一种有效的数值方法。     

基于不规则颗粒离散元的土石混合体三维随机模型及其数值试验

为了更加真实地模拟土石混合体的物理力学特性,提出了一种基于不规则块石球度和凹凸度的随机几何模型生成技术,并建立了相应的块石三维离散元模型。然后采用无底圆筒堆积试验对球度和凹凸度这2个块石几何模型控制参数进行了数值验证。最后建立了符合宏观统计规律的土石混合体三维离散元随机模型,对土石混合体大三轴试验进行颗粒流模拟,并与室内试验结果进行对比分析。结果表明:所提出的不规则块石几何模型随机生成方法简单实用,几何模型控制参数合理有效;通过选取合适的颗粒细观参数,建立基于随机不规则块石体的土石混合体数值模型,能很好地模拟土石混合体的物理力学性质,包括颗粒之间的细观接触特征、土石混合体的应力-应变关系特征等,为进一步研究土石混合体的变形破坏机理提供了一条有效的途径。     

层状岩坡变形破坏及其治理的离散元分析

某大型水电站为顺倾层状人工高边坡,坡体软弱层面、断层、节理和后缘陡倾卸荷张裂隙对坡体稳定性影响大,在自上而下的挖坡过程中,局部坡体发生了失稳座滑。本文分析了边坡的地质条件和岩体结构特征,采用离散单元法模拟了边坡的变形破坏过程,探讨了坡体的变形破坏机理;研究了在滑坡体上继续挖坡,坡体可能发生的变形破坏形态;另根据坡体变形破坏机理及后续开挖边坡可能发生的变形破坏形态,基于离散元数值模拟优化了边坡预应力锚杆和抗滑桩的工程加固支护措施,确保了边坡稳定,监测表明,后续坡体开挖及开挖完成后未出现明显变形破坏迹象。     

地下洞室围岩喷钢纤维混凝土抗弯细观机理的三维离散元分析

喷混凝土的抗弯性能是其支护地下洞室围岩强度的重要反映。针对丰宁抽水蓄能电站地下厂房洞室群的钢纤维混凝土喷层,采用三维离散元分析了其抗弯细观机理。在数值分析过程中,提出了基于Voronoi随机多边形的三角分割建模方法;引入了Monte-Carlo法,建立了钢纤维随机分布模型。数值模拟采用了库伦摩擦节理本构模型来表征混凝土材料介质之间的粘结-开裂效应,采用Cable单元来模拟钢纤维作用。结果表明:数值模拟曲线与室内试验曲线基本一致;钢纤维混凝土的弯曲破坏由拉破裂主导,拉破裂路径总体铅直向上,但会受钢纤维作用的影响;在钢纤维混凝土弯曲破坏过程中,钢纤维的屈服大多是由于其与混凝土之间的粘结力达到屈服值,这与室内试验中有较多钢纤维被拔出的现象结论一致。研究结果为丰宁抽水蓄能地下厂房支护结构稳定性提供了重要理论支撑,同时也是室内试验的重要补充内容。     

重力拱坝坝体三维有限元稳定分析

由于重力拱坝主要依靠梁的作用即以重力作用为主,所以稳定问题显得更重要。为了验证某水库重力拱坝坝体设计的安全性与可行性,采用有限元计算软件ADINA对该重力拱坝进行了三维稳定分析,模拟计算出了正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位下的坝体应力变形情况。从计算结果可以看出,该坝坝体的应力应变分布规律均符合实际情况且应力值都在允许的范围内。不仅为实际工程的设计和修建提供了重要的技术依据,同时也为同类工程建设提供了有效的参考。更多还原     

随机边界元法及其在水工结构可靠度分析中的应用研究

对于一些计算精度要求比较高、计算量比较小、结构比较复杂的施工结构,通常会使用边界元法进行计算,基于此,本文对随机边界元法及其在水工结构可靠度的分析运用进行了研究。     

三维有限单元法在某分离式大型船闸闸室结构分析中的应用

结合ABAQUS大型有限元分析软件,以某分离式船闸的标准段闸室为基本计算结构,并拟定地基模拟范围,建立了闸室的三维有限元计算模型,分析了在不同工况下的应力分布规律和变形特点。并根据三维有限元内力计算原理及方法计算出闸室段各部位控制点的内力,为设计人员进行配筋设计提供了便利条件。     

三维快速拉格朗日法及其在拱坝稳定分析中的应用

三维快速拉格朗日分析是基于三维显式有限差分法的数值分析方法，它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为，可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形。由于采用显式差分法，它尤其适合于材料的弹塑性，大变形分析以及施工过程的模拟。     

非饱和重塑黄土应变控制等应力比试验三维离散元分析

黄土地区工程建设中有大量填方工程,填方工程中土体可能承受等应力比压缩荷载,为了研究非饱和重塑黄土在较高应力比下的宏微观力学性质,运用应变控制加载方式开展了不同应力比的非饱和黄土等应力比试验离散元数值分析.数值模拟中,考虑颗粒间转动和扭转抗力及范德华力并采用分层欠压法制备均匀松散黄土数值试样,引入粒间引力反映毛细力作用....     

地震荷载作用下地下厂房围岩稳定的离散元计算方法研究

 对离散元动力计算方法的理论基础进行了探索,主要是离散元动力计算的实现过程,边界条件和动力荷载的输入问题。在此基础上以某大型水电工程的地下厂房为例,计算在静力和地震荷载作用下,围岩的变形破坏情况,并监测了岩体不同时间速度和位移的变化情况。计算方法与成果可以为地下厂房的抗震工程设计提供指导。     

两维两相流数值模拟的有限元与边界元解法

两维两相流数值模拟是油藏数值模拟领域内需要进一步研究的课题。本文针对多孔介质内两相流体的平面渗流问题，给出了一种精度较高的边界元方法和三角剖分的有限元方法联立求解方法，得到好较好的结果，为两维两相流数值模拟研究提供了又一途径。     

小湾坝肩槽开挖高边坡稳定性三维有限元分析

小湾拱坝最大坝高292.0m,坝肩槽开挖所形成的高边坡达400多米,其稳定性至关重要。结合小湾坝址区的地形、地质条件,建立三维有限元模型,研究在逐级开挖过程中边坡的稳定性,揭示边坡失稳的可能形式及部位,在此基础上提出并优化高边坡的加固措施。