金山店铁矿地下开采引起地表变形规律的离散元模拟研究

用离散单元法对金山店矿山进行了二维模拟研究,得到了其围岩变形规律,且计算结果为圈定地表的移动和陷落范围提供了可靠的依据;同时,对离散元方法的应用,特别是参数选取进行了有益的探讨。

软土工程中的非线性流变分析

根据岩土材料的室内蠕变试验结果，提出了一种理论模型和用于数值分析的计算公式，并对上海地铁一深基坑开挖工程进行有限元分析。

耦合算法原理及有限元与DDA的耦合

岩土工程中常用的数值分析方法各有其优越性和局限性。对地质条件复杂 ,既有连续性又有非连续性的实际问题 ,为求得更好的结果 ,可采用多种数值方法耦合模拟。介绍了一些耦合算法的原理和编程方法 ,详述了有限元与DDA(不连续变形分析 )的耦合算法 ,并给出了计算实例 ,证明了耦合方法的优越性。

基于六面体覆盖的三维数值流形方法的理论探讨与应用

介绍了基于六面体单元的三维数值流形方法的基本理论,并在六面体单元中采用了有限元中C8型等参单元的形函数作为流形元中的覆盖函数。推导了相应平衡方程的刚度、初始应力、点荷载、体荷载、惯性力、固定点、法向接触、切向接触和摩擦力子矩阵。在二维接触中,切向应力和摩擦力的方向很容易沿着接触边得到,但在三维问题中要在接触面上确定该方向则非常困难,这也是所有计算方法在遇到三维接触时的难题。引入了向量理论和迭代方法,避开了相应困难的干扰。最后,给出了一个简单的地下失稳算例,证明了该三维方法的正确性。

节理岩体三维块体系统面向对象的数据结构

节理岩体三维块体系统的数据结构直接关系到三维块体计算程序开发的难易及程序运行的效率。由于岩体三维块体的任意性、复杂性,使其数据的组织有相当的困难,采用面向对象的设计思想,在C++语言环境下,对三维块体系统的数据结构进行了研究与开发,获得了满意的结果。

非对称旋转破坏的三维Bishop边坡稳定算法

根据Bishop简化法的计算假定和原则,并假定边坡的整体滑动方向,推导出三维边坡稳定分析的计算方法。该方法适用于对称和非对称的旋转破坏的边坡稳定问题,如边坡破坏面为对称的圆弧、旋转椭圆等旋转面,或者这些旋转面的组合面,或者旋转面与平面的组合面等。探讨了三维Bishop简化法应用于非对称破坏存在的问题。

潘家铮极值原理的优化算法实现

边坡极限平衡分析法通常情况下是静不定的,需要引入一些简化假定来求得安全系数。条间力函数f(x)作为其中的主要假设条件,其对安全系数的影响在过去的研究中并没有得到足够的重视。对二维极限平衡法采用优化算法求得满足潘家铮极值原理的安全系数,对于某一确定的滑裂面,将条间力函数f(xi)视为控制变量,采用模拟退火方法不断调整f(xi)以求解安全系数极大值,实际上是一种下限法;而搜索临界滑裂面的过程,采用粒子群法或和声法搜索最危险滑动面。另外,还探讨求解安全系数时通常会碰到的收敛性问题,结果证明f(x)不能随意设定,否则会引起不符合实际的条间力。相比传统的极限平衡法,该极值优化法极大地提高了收敛性。

连续临界状态模型在轴对称问题中的应用

本文在麻省理工学院(MIT)应力法则基础上考虑了中间应力的影响,采用剑桥应力法则,提出了一种连续临界状态塑性理论,从而改进了Naylor的计算模型。并建议用一种简单而直接的方法来确定椭圆形边界面的共轭点和限制点(cut off point)。该模型比修正的剑桥粘土模型具有很多优点,可用于很多土力学问题。

岩石块体三维接触判断的侵入边法

在三维单元法、三维不连续变形分析法中,三维块体的接触判断是关键的问题之一。对三维凸多面体的所有接触形式进行了分类,提出了一种三维块体接触判断的侵入边法。给出了侵入边法的原理、方法实施步骤及识别接触形式的方法。通过论证和算例表明,所提出的方法计算工作量小、鲁棒性好,容易于计算机实现。

自适应有限元极限分析及岩土工程中的应用

为了探讨有限元法极限分析的网格自适应以及锥优化算法在Mohr-Coulomb材料极限分析中的应用,以屈服准则残余和变形为依据提出针对Mohr-Coulomb材料极限分析的有限元自适应策略。对局部网格自适应结合非结构三角形网格在数值极限分析中的表现进行了探讨。通过基于有限元的极限分析方法结合网络自适应寻找潜在滑移面,从而极大程度地提高了数值计算精度。数值算例证明了所提出极限分析网格自适应准则的有效性以及在岩土极限分析中的应用前景。

混合粒子群算法搜索土坡危险滑动面

基本粒子群优化算法存在着对惯性因子敏感、计算量大等缺点,通过借鉴和声搜索算法产生新解的策略和不连续飞行假定,构成了混合粒子群算法。首先,当粒子飞行超越边界时,采用和声搜索算法产生新解;此外还引入了不连续飞行假定,即在每次迭代步中,随机选择一些个体更新速度、位置向量,以利于减少计算量。随机给定10组参数,分别利用基本粒子群优化算法和混合粒子群优化算法对某复杂土坡的最危险滑动面进行了搜索。比较发现,混合粒子群算法能在较短的计算时间内得到更好的结果。

岩石力学离散单元计算方法中的若干问题探讨

对节理岩体中以离散的块体单元为计算模型的离散单元计算方法中的一些常遇到的问题和难点,进行了较深入的讨论,主要涉及到离散单元计算方法的各种算法及特点、块体的变形问题和块体之间的叠合、方程求解问题特别是单个块体求解与整体方程求解的内在关系、接触检索问题包括三维块体的接触检索等方面,指出了一些问题上的不足,提出了建议,并得到了一些有益的结论。

土坡非圆临界滑动面求解的混合搜索方法

在非圆临界滑动面的搜索中,先进行圆弧滑动面的搜索,将得到的临界圆弧滑动面作为非圆临界滑动面搜索的初始滑动面,采用改进粒子群优化算法——快速粒子群算法寻优;然后根据搜索到的较优值缩减搜索域的范围,再利用改进和声搜索算法寻优,将得到的结果作为问题的最优解。最后采用Spencer法计算滑动面的安全系数,并利用2个复杂土坡作为算例来检验混合方法的有效性。比较结果表明:该方法适用于多变量优化问题的求解。

基于椭球滑动体假定和三维简化JANBU法的边坡稳定分析

采用一般椭球体模拟三维土坡的滑动体,利用三维简化JANBU法计算其安全系数,该法假定各个条柱底面的滑动方向在水平面上的投影相等,借此可用一个变量来表达各个底滑面的滑动方向,简便易行。此外,综合借鉴粒子群优化算法和和声算法的优点,提出了改进的粒子群算法,并利用对2个三维土坡的最危险滑动体进行了搜索,与已有结果进行了对比分析,表明方法是可行有效的。

一种新型遗传算法及其在土坡任意滑动面确定中的应用

提出了一种便于工程应用的改进模拟任意滑动面策略。针对简单遗传算法容易陷入局部最优值的缺陷,借鉴和声算法产生新解的方式来产生遗传算法中的子代个体。该策略能综合利用整个父体的信息来构建子代。将该方法用于求解两个复杂土坡的最小安全系数,所得结果与已有文献结果比较证明,新型遗传算法能搜索到更小的安全系数,可应用于土坡稳定分析。

改进的粒子群算法及其在土坡临界滑动面搜索中的应用

首先,提出了一种新型的模拟任意滑动面的方法,该法能自动产生运动许可的滑动面。同时,针对基本粒子群优化算法存在计算量大的缺点,提出了一种改进的,即不连续飞行粒子群优化算法。利用Spencer法计算滑动面的安全系数,对几个复杂土坡的最小安全系数及其对应的滑动面进行了分析,并与国内外已有结果进行了比较,证明了改进粒子群优化算法和模拟滑动面的新方法是合理、有效的,可用于复杂优化问题的研究。

Rosenblueth法在边坡可靠度分析中的应用

针对在确定具有最小可靠度指标的滑动面时蒙特卡罗法耗时长的问题,通过两个典型土坡,采用简化Bishop法计算滑动面的抗滑稳定安全系数从而构建了边坡可靠度分析的功能函数,利用圆弧构建潜在滑动面,利用Rosenblueth法计算每个潜在滑动面的可靠度指标,采用和声搜索算法搜索潜在滑动面的变化以寻求最小可靠度指标滑动面,并与常规极限平衡方法得到的最小安全系数对应的滑动面进行了比较。结果表明:简单均质土坡临界滑动面与最小可靠度指标滑动面基本重合,非均质土坡最小可靠度指标滑动面与临界滑动面相差较大,可靠度指标相差也较大,在具体应用时建议采用Rosenblueth法进行最小可靠度指标滑动面的确定。

基于NURBS表示的三维土坡稳定分析

非均匀有理B样条作为计算机辅助设计领域的曲线和曲面的标准描述方式,已经得到广泛的应用。利用非均匀有理B样条产生三维土坡的滑动底面,利用极限平衡简布法计算滑动体的安全系数,在粒子群算法寻优策略的深刻理解之上,借鉴和声策略直接模拟群体的位置更新得到了新型混合粒子群算法。利用该混合粒子群算法搜索最危险的滑动体,对一均质土坡和一软弱夹层土坡进行了计算分析,比较证明本文所提方法可应用于三维土坡稳定分析。

局部安全系数法在土坡稳定分析中的应用

假定各条块的局部安全系数与滑动面的整体安全系数不相等,联合潘家铮极大值原理与优化算法构建了一种求解整体安全系数的新方法。对于给定滑动面,该方法将推力线与条块间力的倾角视为优化变量,利用优化算法寻找一组优化变量使此滑动面的整体安全系数达到极大值,同时可得到各条块的局部安全系数。在众多可行的滑动面中,选择整体安全系数最小的滑动面作为临界滑动面。利用该法对澳大利亚计算机应用协会(ACADS)的考题以及已有文献中的典型例题进行了计算,通过比较分析了该法的合理性。

坡顶局部荷载下边坡的二维和三维稳定分析(Ⅱ)——极限分析的上限法

在上限理论的框架内,借助提出的三维破坏模式,探讨了坡顶均布矩形超载下边坡的安全系数随荷载长宽比的变化规律,相应的安全系数计算结果与FLAC有限元的计算结果进行了有益的对比,也与室内模型实验结果进行了对比,从而对上限解法求解三维边值问题的可靠性进行了较深入的论证.对同一边坡的二维和三维稳定问题,上限法和FLAC有限元法尽管破坏机制和数值处理过程不同,但均可得出大致相同的安全系数,基本实现了殊途同归.上限法和有限元法都是有效的土坡稳定分析方法,两者相辅相成,互为验证.