离散大块体断裂破坏分析方法研究

一般离散单元计算方法(包括DDA方法)受离散块体低阶线性位移近似的限制,在模拟开裂过程时,需要将大部分实际上连续的区域离散化,离散方式对分析结果有显著影响。为了建模时利用真实结构面来构造块体系统,提高大块体位移应力分析精度,有必要引进新的位移近似假设。本项研究在块体内引入无网格法位移模式,以离散节点位移自由度代替原基本块体自由度,并在此基础上进行块体内非贯穿裂纹扩展和强度破坏分析。为此建立的无网格法裂纹扩展分析算法,采用满足单位分解条件的特殊增强型函数表达裂纹周围应力场的非连续、奇异特性,将对应的扩展自由度动态映射到裂纹周围的节点上,统一按DDA法隐式迭代方式求解,实现块体裂纹扩展和强度分析,相关算例结果显示该算法是合理有效的。     

基于DIC方法的混凝土压缩试件裂纹识别

基于特殊设计的混凝土试件单轴压缩破坏试验,结合高分辨率CMOS采集到的逐级加载过程中的变形图像,采用数字图像相关方法(Digital Image Correlation,以下简称DIC方法),应用由MATLAB和C++语言混合编程的开放式二维数字图像相关方法计算平台,研究分析了混凝土试件表面受力变形直至破坏全过程位移场分布、特点,计算获得了较为准确的试件裂纹表面形态、长度、位置等数字化的基本裂纹信息,为进一步直接、准确地建立混凝土试件或构件的裂纹有限元分析模型,以及进一步研究混凝土结构的破坏特征和断裂机理有着重要的意义和价值。     

基于局部Petrov-Galerkin过程的自然单元法及其面向对象的设计与实现

提出了一种能够用于实际岩土及地下工程全自动分析计算的数值计算新方法——局部自然单元法。该方法利用求解点的自然邻结点和Voronoi结构构造整体近似位移函数，且在求解区域的局部Delaunay三角形子域上使用局部Petrov-Galerkin过程建立整体求解的系统平衡方程，其积分可在背景三角形网格的形心上采用一点数值积分得到。同时，利用对象设计思想建立了局部自然单元法的自动建模类、分析求解类、施工过程控制类及其相关类和方法，为进一步研究和系统开发工作提供了一个易于维护和扩展的基本系统框架。数值算例结果表明，理论正确，方法有效。     

柱状节理岩体各向异性特性及尺寸效应研究

 白鹤滩水电站坝基基岩及深部洞室围岩以柱状节理岩体为主,其力学特性极其复杂。为此,开发多弱面软化本构模型,可以方便地定义和描述多组斜交节理面的力学属性和屈服后的软化特性;并考虑柱状节理岩体内部介质的非均匀性,从细观角度建立整体力学属性满足Weibull分布的概率模型;在对概率分布参数进行敏感性分析的基础上,结合刚性承压板试验结果,确定反映现场岩体结构的概率分布参数。同时,采用Voronoi算法构建了无规则性和随机性排列的四面体、五面体和六面体柱面的随机模型,综合该三方面因素对柱状节理岩体的各向异性特性展开研究,得出不同方向承载性能和变形特性的差异。对不同尺寸下多组试块进行分析计算,获取了不同方向的弹性模量和抗压强度随试块尺寸的变化曲线,证明柱状节理岩体还具有明显的尺寸效应,并确定了其特征尺度。     

特大断面大跨度隧道围岩变形的现场试验研究

 结合广州龙头山双洞八车道高速公路隧道工程实践,对特大断面大跨度隧道施工中围岩变形进行相关监测,分析变形随时间变化规律、不同开挖工序引起的纵向和径向空间围岩变形规律。研究结果表明：特大断面大跨度隧道采用双侧壁导洞法施工,能较好地控制围岩变形;在特大断面大跨度隧道施工过程中,右导洞上台阶、左导洞下台阶以及核心土开挖对围岩变形影响较大,是施工主要控制点;特大断面大跨度隧道开挖的纵向影响距离大致为一倍洞径左右,与导洞跨度基本相同,为6～8 m;洞顶垂直向径向影响距离约为25 m,左导洞顶30°方向的径向影响距离约为15 m。该研究结论可为类似条件下特大断面大跨度隧道设计施工和现场监测提供借鉴与参考。     

极限拉应变准则在围岩松动圈模拟中的应用

结合张石高速公路隧道工程的具体实践,对隧道开挖后形成的围岩松动圈进行研究,探讨其合理的模拟技术。首先基于隧道开挖后的围岩应力分布特点,将围岩的松动破坏区与松动区进行区分,进而从概念上对围岩松动圈的形成机理进行详细的阐述;随后应用极限拉应变准则对围岩松动圈进行了数值模拟分析,并重点介绍了各级围岩的极限拉应变值的选取原则。最后通过数值模拟结果与现场声波测试值、规范计算值的对比分析,充分验证了使用极限拉应变准则进行隧道围岩松动圈模拟的合理性和实用性。     

一种用于锚杆支护数值模拟的单元处理方法

结合三角形、四边形等实体单元的位移插值函数和一维轴力杆单元的刚度矩阵，推导出了一种用于锚杆支护数值模拟的单元列式，可以在地下结构有限元计算中的任何开挖步自由地加设或拆除锚杆，而且，不必在划分初始计算网格时，事先考虑或预留锚杆的结点位置，大大地简化了有限元的前处理或网格划分过程。     

边坡稳定性研究方法与进展

较为系统地介绍了国内外边坡稳定性分析方法的研究现状与发展动态,重点深入分析了基于极限平衡理论和数值分析两种计算方法以及临界滑裂面搜索方法,并对这些方法的主要特征及优缺点进行简要的探讨.同时还介绍了三维边坡研究的动态,以及该领域今后研究方向的一些展望等,可供从事边坡研究的相关人员借鉴参考.     

任意形状区域的自动布点技术

针对存在多种介质材料、断层、裂纹、孔洞、开挖区域等不连续面或多连通区域情况的复杂平面区域,提出了一种自动布点算法及此算法的优化方法,该算法对不规则区域适应能力强,无需人工干预,且兼具有实现简单,耗时少等特点。这些自动布置的离散结点可直接用于无网格数值计算,也可以进一步生成有限元分析所需的三角形和四边形网格。     

基于投影法三维模型全六面体网格的划分方法

针对六面体网格自动划分的难度远高于四面体网格的问题,用投影法对简单形状的初始网格进行投影变换得到每个块体的实际网格,用节点合并算法和再分割技术实现不同块体之间的不同密度网格的过渡,从而生成复杂三维几何形体的全六面体网格.算例表明：该方法生成的网格质量很好,易于实施,适用性广.