基于块石形状数据库的土石混合体模型随机生成方法

提出了一种土石混合体模型随机生成的方法。利用MATLAB数学处理软件,对块石数字图像进行边界提取、平滑,规则化等处理后,得到块石形状坐标和块石形状参数。在此基础上,通过采集、处理大量块石样本数字图像,建立含有大量岩石样本形状坐标与形状参数的数据库。之后在建模区域内,基于一定规则要求,对数据库样本进行选取,并对选取样本进行缩放、旋转,并根据规则进行随机放置。重复上述过程,直到满足含石量要求,从而得到土石混合体随机生成模型。然后利用有限元软件自带程序或语言,将模型导入有限元软件进行建模、分析。该方法结合了随机生成与数字图像处理技术的特点,弥补了规则化随机生成块石形状真实性不足的缺点,同时避免了数字成像技术的数据单一性。该方法满足了土石混合体随机建模所要求的空间位置随机性与块石形状多样性,可以直接生成符合现实块石形状并具有良好随机性的土石混合体模型,对于土石混合体工程结构的规律与一般性研究,有良好的应用前景。

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。

空间与颗粒参数对块石土边坡稳定性影响数值模拟研究

块石土边坡具有物理力学性质复杂、非线性强等特性,受块石–土体空间分布、块石粒径等几何因素影响较大。为研究空间与颗粒参数对块石土边坡稳定性影响,基于已有的块石形状数据库随机生成方法,采用ABAQUS软件非线性分析方法,考虑含石量、最大粒径、空间分布等多种几何因素,建立大量有限元模型进行计算分析。结果表明:含石量增大,边坡安全系数上升,且含石量在50%~60%区间内上升速率最快;含石量增大,同粒径组边坡安全系数标准差增大,模型安全系数差异变大。最大粒径增大,块石分布对于边坡安全系数的影响增大,边坡稳定性先减小后增强,同粒径组边坡安全系数标准差增大。含石量和最大粒径增大,块石空间分布对于边坡稳定性影响增大。粒径大小、块石空间分布对于块石土边坡稳定性影响方式也不同,大粒径块石存在令滑动面向边坡内部发展,而密集小粒径块石大多是令滑面呈折线形,二者皆可增大边坡稳定性。当块石长轴与坡面夹角为90°、135°时,边坡塑性区呈发散分布,滑面更靠内部,稳定性更好;当块石长轴与坡面夹角为0°、45°,则与上述情况相反。在通常沉积条件下,边坡稳定性随长短轴比增加而降低,滑动面越发平滑,塑性区范围也更加集中。研究结果表明,几何参数不同,边坡稳定性差异较大,且具有一定规律性,在实际工程中有一定的参考价值。