一种模拟岩石破裂的细观数值计算模型

建立随机均布Voronoi图的生成算法,以这种网格划分方式作为刚块弹簧元法(RBSM)的基本计算网格。同时,将刚体弹簧方法的界面中点接触模型改为整个界面的均布接触模型,结合界面抗拉强度和莫尔-库仑准则,给出一个能同时考虑模式I和II的断裂破坏的界面破坏模型。大量数值试验表明,以随机Voronoi图为基本计算网格,块体平均尺寸和排列方式对宏、细观弹性参数之间的关系影响很小,从而克服了颗粒离散元法的网格依赖性和宏、细观参数繁琐的标定程序。将该数值模型计算结果与Vienne岩石试验结果对比,数值模拟结果与试验结果在变形和强度都吻合较好,且随着围压的增大,应力-应变曲线的峰后下降趋势逐渐放缓,在围压为40 MPa时接近水平,表现出明显的由脆性向延性过渡的趋势。     

考虑裂隙迹长和开度相关性的随机裂隙网络数值模拟及渗流分析

基于蒙特卡罗法,引入裂隙迹线长度和开度的相关性函数,提出了一个改进的随机裂隙网络生成算法。利用MATLAB平台编制程序,实现二维裂隙网络的生成,通过与布尔模拟生成的真实裂隙场的比较,验证了改进算法的有效性和程序的正确性。然后借助离散裂隙网络渗流模型对生成的裂隙网络进行渗流分析。分别在考虑迹长开度相关性和不考虑二者相关性的条件下,计算了随机裂隙网络的渗流场,给出了下游边界出口裂隙流量分布和裂隙网络内部水压力的分布。计算结果表明,考虑裂隙迹线长度和开度的相关性能很好地反映裂隙网络渗流的结构特征,从而证明了所提方法的合理性。该模型是对随机裂隙网络模型的有效补充,可为岩体工程渗控分析提供理论基础和数值计算工具。     

尾矿库溃坝虚拟仿真实验教学方案探索

由于尾矿库溃坝规模大、破坏性强,在实践教学中开展物理模型实验困难较大。虚拟仿真实验教学作为一种创新型教学模式,在教育教学中得到了很好的应用并已取得良好的效果。以南昌大学尾矿库溃坝虚拟仿真实验教学体系为基础,提出"一平台、二定位、三层次、四模块"的虚拟仿真实验教学方案,阐明尾矿库溃坝虚拟仿真实验教学方案及其特色,总结了虚拟仿真教学方案在实施过程中存在的两个主要问题,并提出了相应解决对策。     

含张开单裂隙砂岩破裂过程围压效应的数值模拟

为研究不同倾角裂隙砂岩试样在压缩过程中的围压效应,以室内单轴压缩试验结果标定岩体细观参数,采用改进刚体弹簧元法对不同倾角裂隙试样在不同围压下的破坏过程进行模拟。基于模拟结果,研究了围压对岩样强度、破坏模式及微裂纹发育特征的影响。结果表明,裂隙砂岩试样在压缩过程中具有明显的围压效应,相同裂隙倾角试样,其峰值强度、残余强度、弹性模量和变形模量均表现出随围压增加而增加的规律;不同围压作用下,不同倾角裂隙试样内部微裂纹演化规律相似,且其最终破坏形态均表现出以剪切破坏为主的破裂方式。     

单轴压缩下不同裂隙张开度岩石破坏数值模拟

为了研究不同张开度裂隙岩体单轴压缩过程中的力学特性,以裂隙试样室内试验结果标定岩体细观参数,采用改进刚体弹簧元法对不同张开度裂隙试样压缩破坏过程进行数值模拟。结果表明:试件峰值强度随着裂隙张开度的增大表现出先增大后减小,最后维持稳定的规律;根据微裂纹起裂位置,将不同张开度裂隙岩体破坏模式总结为3类,并得出最终失稳破坏本质上都是由张拉所致的结论;随轴向应变增加,试件内部微裂纹的发育速度逐渐提高,但剪切裂纹数量远小于张拉裂纹;最后通过位移场演化规律从细观层面揭示了微裂纹开裂的力学机理。     

复杂裂隙岩体水–力耦合模型及溶质运移模拟

 在刚块弹簧法中引入非线性的裂隙本构关系,同时考虑裂隙法向的非线性应力变形关系、切向的剪切滑动以及剪胀效应,使得该方法可以较为真实地模拟裂隙开度在复杂应力作用下的变化。结合离散裂隙网络方法,建立采用隐式求解的复杂裂隙岩体的水–力耦合模型。该模型显式考虑裂隙存在,能很好地模拟裂隙网络在应力和渗流作用下的演化特征。在水力耦合达到平衡状态后,进行溶质运移分析,采用粒子追踪法模拟溶质在裂隙网络中随渗流的运移过程。根据所提出的模型编制相应程序,对DECOVALEX项目中的典型算例进行分析,研究不同应力条件对渗流以及溶质运移结果的影响以及不同应力条件下水力耦合的控制性机制。研究发现,低应力比条件和高应力比条件下对水力耦合作用起控制作用的分别是法向应力变形关系和剪胀效应。通过对比分析,验证模型的合理性。在此基础上,讨论高水头条件下考虑水力耦合效应的必要性。     

二维岩体裂隙网络有压渗流数值模拟分析

根据裂隙岩体的渗流机理对岩体裂隙网络中的渗流进行了合理简化和假设,以渗流立方定理、质量守恒定理和水流不可压缩假设为基础建立了裂隙网络的有压渗流模型,用改进DDA算法得到了裂隙几何信息,并用PCG算法和可视化编程技术开发了相应的计算程序.通过与Grenoble试验对比,验证了程序的合理性.对DECOVALEX项目的二维BMT模型进行了初步渗流计算,获得了均匀和非均匀裂隙条件下不同的渗流规律.该结果为研究岩石裂隙网络的应力-渗流耦合效应奠定了基础.     

考虑概率分布影响的低概率水平边坡可靠度分析

目前考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析所研究的边坡几何尺寸相对较小。为有效地分析考虑参数空间变异性的几何尺寸相对较大的边坡可靠度问题,提出了基于多重响应面与子集模拟的边坡可靠度分析方法。以一个坡高为24 m的两层非均质黏土边坡为例验证了提出方法的有效性,并探讨了正态、对数正态、极值I型、Gamma和Beta这5种概率分布类型对边坡可靠度的影响。结果表明,提出方法具有以下优势:1可以有效地计算考虑多参数空间变异性的低概率水平边坡可靠度;2可以较好地解决几何尺寸相对较大的边坡可靠度问题;3有较高的参数敏感性分析计算效率,可为调查概率分布类型和波动范围等参数统计特征对边坡可靠度的影响提供技术支持。此外,参数概率分布类型对边坡可靠度具有重要的影响,常用的正态和对数正态分布分别用于表征参数概率分布特征时,可能会分别高估和低估边坡失效概率。     

真实地形下尾矿库溃坝尾砂流下泄过程数值模拟

为了研究尾矿库溃坝尾砂流对下游敏感目标的影响,以江西省某尾矿库为研究对象,建立了真实三维地形数值模型,利用FLOW-3D三维流体力学软件模拟分析了该尾矿库分别在不同工况下溃坝下泄尾砂流在下游1 km范围内的输移时空变化特征。结果表明:溃坝尾砂流的发展方向、分布情况、水深以及泥沙淤积受真实三维地形变化影响较为明显,溃坝尾砂流主要分布于下游稻田和低洼地段,浅溪河作为主要行洪通道,水深变化和泥沙淤积情况较为明显,只有已搬离的浅溪村受到尾砂流淹没,洪水最远到达港口村西部鱼塘,其余村庄均未受到影响。所得结果可以为尾矿库安全运行管理和制定溃坝应急预案提供依据。     

基于改进刚体弹簧方法的岩石破坏过程三维模拟

基于刚体–弹簧方法，提出一种新的模拟脆性岩石破坏过程的三维离散数值模型。该模型采用分布在界面上的弹簧组，描述块体之间的相互作用，能够自然考虑裂纹的渐进扩展。为得到均质各向同性的计算网格，在“点饱和”方法的基础上，提出了增长式的“核”布置策略，建立一种新的随机Voronoi网格剖分技术，并给出三维改进刚体–弹簧方法的基本方程。考虑界面的剪切滑移和张拉2种破坏模式，建立基于Mohr-Coulomb准则和抗拉强度准则的破坏准则，并提供模型细观参数的标定流程。最后，通过与室内三轴试验结果对比，验证了该模型的有效性。此外，还讨论了不同弹簧布置形式及块体尺寸对模拟结果的影响。结果表明，所提模型能够准确描述岩石与围压相关的非线性应力–应变响应过程，微裂纹的产生、扩展和贯通全过程，以及岩石的在不同围压条件下的宏观破坏模式。