三维可变形圆化多面体离散单元法

为真实模拟岩体的变形特性与运动形态,将圆化多面体离散元法与有限单元法结合,提出一种三维可变形圆化多面体离散单元法。该方法既能真实表征块体的不规则特征,又降低了接触判断的难度,同时能准确反映块体的变形特性。在求解切向接触力时,将接触判断对象从接触对简化为单元整体,显著提高了计算效率。为分析块体变形特性,在块体离散单元内部划分有限元网格,将最外层有限元网格作为最小接触单元。采用直接平均法,将接触力转化为等效节点力,并采用非线性有限单元法实现对单元变形特性的精确模拟,克服了圆化多面体无法反映单元变形的缺陷。通过5个算例论证了新方法在捕捉单元变形、运动形态以及其力学特征等方面的准确性和高效性。

破裂过程模拟的可变形圆化多边形离散单元法

为研究工程中岩体内部裂纹的萌生、拓展和贯通机制,模拟其破裂时接触碰撞的全过程,提出可变形圆化多边形离散单元法。该方法将有限单元法与圆化多边形离散单元法进行耦合,采用圆化多边形离散单元法计算非连续岩体间的相互接触作用,连续体内部的应力应变状态则通过有限单元法进行分析。为准确模拟裂纹演化过程,在有限单元间插入节理单元,采用虚拟裂缝模型和具有拉伸截断的摩尔-库仑准则描述节理单元在拉伸、剪切等不同破坏模式下的力学状态。最后模拟巴西圆盘开裂、单切口弯梁开裂及块体冲击破坏试验。研究结果表明:所提出方法能准确模拟岩体从连续体变化为非连续体的破裂过程。

奔牛枢纽上闸首结构有限元分析

针对奔牛枢纽船闸上闸首结构及受力复杂问题,采用三维有限元ABAQUS软件,分析研究闸首结构在不同的工况下的位移场及应力场。计算结果表明,奔牛枢纽船闸上闸首各部件的水平位移和垂直位移均满足规范要求,各工况下的结构底板拉应力超过混凝土允许拉应力。三维有限元分析结果能较直观、准确反映建筑物整体强度与位移状况,可以为评价结构安全性态提供依据。

奔牛枢纽船闸闸室结构选型分析

针对奔牛枢纽船闸闸室结构选型问题,对整体式和分离式闸室2种拟选方案进行比选分析,利用三维有限元 分析软件ABAQUS对两种结构形式的位移和内力进行定量分析,并对施工、管理等因素进行定性分析,对工程直 接费进行了初步比较.分析结果表明,整体式闸室结构较分离式适应不均匀沉降性好,尤其在地震期工况下,优势 明显,并且整体式结构便于检修,工程造价较低.综合考虑,奔牛枢纽船闸工程的闸室结构选型,整体式闸室结构为 较优选择.

可变形圆化多边形离散单元法

将基于圆化多边形离散单元法与有限元方法结合,提出一种可变形圆化多边形离散单元法。此法对块体离散元进行圆化处理,可较好地表征不规则块体外形,又保留了颗粒离散元计算高效的优势。在求解接触力时,消除了角点处法向奇异等问题,同时增强计算的稳定性和简化接触判断。同时对切向接触力计算模型进行修正,使得接触力计算效率得到提高。此法突破了圆化多边形刚体假设的限制,可以精确计算任意形状不规则离散单元之间的相互作用,对单元的运动和变形进行模拟。通过超静定梁冲击试验、不规则块体单轴压缩试验和料斗流动“卡阻”试验3个数值模拟算例,论证此法可以有效地捕捉单元的碰撞、分离和变形等空间运动和自身特性以及其细观力学表征。

滑坡过程数值模拟的三维距离势离散元法

根据滑坡问题的普遍性与重要性,探讨了三维情况下滑坡体的运动路径及堆积范围等问题,提出了用于模拟滑坡体运动的三维距离势函数离散单元法.新方法利用任意形状多面体的最大内切球半径得到无量纲化的距离势函数,在此基础上推导出块体间法向及切向接触力的计算式.为验证算法的正确性,模拟了含节理边坡的倾倒、滑块的动力响应两个经典算例,计算结果与解析解、数值解吻合度高,说明新算法能够准确描述块体间及整体复杂的力学性质.最终,将该方法应用于唐家山滑坡运动的模拟,结果表明新算法能够模拟实际滑坡运动及反应其堆积特性.