基于颗粒非连续变形法的路基桩网结构土拱效应

桩网路基由于其施工工期短和沉降变形小等优点在中国铁路和公路建设中得到了广泛的应用。为研究桩网路基中土拱效应的机理和影响因素,采用非连续变形分析方法(discontinuous deformation analysis, DDA),通过改变路基高度、桩间净距和土工格栅参数建立了九种不同模型。结果表明:数值结果与实验结果吻合良好,验证了非连续变形分析方法在模拟路基桩网结构土拱效应上的可行性;随着路基高度的增加,土拱产生的作用逐渐显著,等沉面高度稳定为0.8~0.85倍桩间净距;桩间净距对桩土应力比峰值时刻有明显影响,随着桩间净距的减小,桩顶接受来自路基荷载传递的压力增大,桩土应力比达到峰值的速度加快。桩间净距的减小会导致等沉面高度的下降;加入土工格栅后,桩网结构所产生的桩土应力比与未加入土工格栅的相比更大,说明土工格栅可有效提高路基强度。

M-S法在非连续岩土体大变形数值模拟中的应用

阐述了一种适用于非连续岩土体大变形计算的有限元方法——M-S法,介绍了M-S法的原理和计算公式以及大变形问题的计算方法,最后给出了一个计算实例,验证了该方法的有效性。

非连续变形分析方法中的阻尼问题研究

定量研究了非连续变形分析(DDA)方法中的黏性阻尼与数值阻尼。首先,基于Newmark直接积分法,推导了块体系统的运动方程。其次,通过动力学中的黏性阻尼理论建立了DDA中动力系数、时间步长与黏性阻尼比的关系式,探讨了DDA中的常加速度积分方案的数值阻尼分区及阻尼比计算方法,进而得到两种阻尼共同作用时的阻尼比表达式,并分析了频域内阻尼比的分布情况。最后,以谐振激励下的块体振动为例,通过对比不同阻尼作用下块体位移的DDA计算值与理论解,验证了本文提出的阻尼比计算公式的正确性。研究表明:黏性阻尼对低频的衰减作用明显,数值阻尼则可以很快地消除高频干扰,而二者共同作用下可降低阻尼的频率相关性。该研究成果为DDA的振动、波动等动力计算的阻尼取值提供了理论依据。

地表非连续变形机理与计算方法研究

讨论了地表非连续变形的发生条件及其对建筑物的损害，认为煤岩层赋存状况和构造形态是非连续变形的内在条件，采矿对弱面的扰动是外部条件；利用有限元方法深入分析了非连续变形的力学原因和发生机理，软弱面释放大部分采动竖向正应力和剪应力，使其不同程度地受到采动影响，导致弱面处的非连续变形；提出了地表非连续变形的计算方法和参数确定方法，结合实例进行了应用研究。

耦合无网格法的非连续变形分析法研究

非连续变形分析法(DDA)的线性位移模式,仅能描述常应变块体单元,实际应用中往往显得不够精确,有时甚至会引起很大的误差。为此近来先后引进诸多改进方法,如直接提高块体位移模式的阶数、在块体内部划分子块体并增设节理单元以及采用有限元插值等,也都存在缺陷。无网格法具有许多有效的插值模式,尝试引进无网格迦辽金中采用的移动最小二乘法(MLS)插值,来表达块体位移及应力场,为此在块体内布置离散的插值节点,用MLS建立块体内任意点位移近似函数代替原DDA位移表达式,并遵循原DDA的一些基本过程,包括:根据能量极值原理建立平衡方程、隐式求解、按时间步迭代统一求动静力问题、根据开合迭代模式检查可能接触类型等。数值算例表明,耦合无网格法的DDA能有效计算块体应力场,对块体系统的计算结果明显优于原线性位移模式。

非连续变形分析(DDA)线性方程组的高效求解算法

非连续变形分析(DDA)方法对大规模工程问题的数值模拟耗时太长,其中线性方程组求解耗时可占总计算时间的70%以上,因此,高效的线性方程组解法是重要研究课题。首先,阐述了适用于DDA方法的基于块的行压缩法和基于试验-误差迭代格式的非0位置记录;然后,针对DDA的子矩阵技术,将块雅可比迭代法(BJ)、预处理的块共轭梯度法(PCG,包括Jacobi-PCG、SSOR-PCG)引入DDA方法,重点研究了线性方程组求解过程中的关键运算;最后,通过两个洞室开挖算例,分析了各线性方程组求解算法在DDA中的计算效率。研究表明:与迭代法相比,直解法无法满足大规模工程计算需要;BJ迭代法与块超松弛迭代法(BSOR)的效率差别不大,但明显不如PCG迭代法。因此,建议采用PCG迭代法求解DDA线性方程组,特别是SSOR-PCG值得推广;如果开展并行计算研究,Jacobi-PCG是较好的选择,当刚度矩阵惯性优势明显时,BJ迭代法同样有效。

大坝混凝土非连续变形的并发多尺度区域分解法

大坝混凝土的裂缝萌生和失稳扩展分析需要尽可能准确地模拟骨料和砂浆界面的弱不连续,而界面过渡区微米级的厚度模拟使得有限元网格存在网格剖分质量不佳和网格数量庞大的问题。通过在大坝混凝土细观结构的不同材料实体单元间预嵌零厚度界面单元,并进行宏细观子区域界面节点重新匹配,建立了骨料-砂浆-界面单元的宏细观区域分解有限元网格。同时结合隐式梯度损伤模型和内聚力模型,在同一模型中实现骨料、砂浆基质的损伤失效模拟及骨料-砂浆界面的弱连接到脱开模拟,构建了大坝混凝土非连续变形的宏细观并发多尺度区域分解模型。将模型用于某大坝混凝土的直接拉伸试验模拟,不同随机骨料模型均能捕捉骨料和砂浆界面的弱连接到脱开过程。重现的混凝土试件破坏形态与已有研究结果一致,证明了模型的合理性。本研究可为大坝混凝土损伤断裂力学性能的数值试验提供技术支持。

非连续变形法在重力坝深层抗滑稳定分析中的应用

重力坝的深层抗滑稳定问题是影响坝体安全、工程投资及工程建设工期的一项重大问题,需对其失稳模式及安全系数进行严格的、符合实际的计算。目前常用的刚体极限平衡法及有限元法各有其局限性,很多方法计算前,需首先根据经验判断滑动模式、选取危险的滑动组合,存在人为主观因素,可能遗漏更危险的破坏模式。非连续变形法可自动搜寻最危险的失稳模式,模拟破坏过程,使工程措施的制定更具针对性。非连续变形法严格满足平衡要求及能量守恒,符合运动学规律,计算结果较精确,可作为制定工程措施的依据。

裂隙岩体小净距超大断面隧道围岩非连续变形分析

由于现有隧道规范不足与设计、施工经验匮乏,裂隙岩体中小净距超大断面隧道的围岩稳定性分析与中夹岩柱变形破坏特征及其支护方案优化仍是大型隧道工程建设中遇到的棘手难题。以济南市东南二环绕城高速大岭超大断面隧道为工程依托,通过对掌子面岩体结构信息的精细化描述,获取各评定指标分布概型,并应用Monte Carlo法生成符合围岩等级评价指标分布概型的大量随机数,通过归纳统计获得隶属各围岩亚级分级的概率分布,由此对岩体质量进行了稳健评估。此外,用改进的非连续变形分析（DDARF）法对大岭隧道浅埋小净距段围岩的变形破坏规律及裂隙演化过程进行了数值模拟;以裂隙扩展破碎区贯通与否作为中夹岩柱稳定性的评定依据,分别针对无锚、有锚支护条件下的围岩稳定性状况及变形特征进行了对比分析。结果表明：无锚支护条件下,隧道后行洞开挖对先行洞的裂隙扩展及变形有一定影响,但不明显;而锚杆支护则可显著约束围岩尤其是中夹岩柱的裂隙扩展及贯通,锚杆支护条件下二次扰动后先行洞围岩的裂隙扩展情况、变形破坏特征与单洞开挖无异,且系统锚杆支护与中夹岩柱水平加长锚杆支护对裂隙演化的控制效应无较大区别。研究结果对裂隙岩体中小净距超大断面隧道围岩的支护方案优化有实际指导意义。

非连续变形岩石断裂分析中的一种全长剪切锚杆

锚杆从锚固方式上可划分两种:端部锚固方式和全长锚固方式。全长锚固锚杆作为工程支护中的一种重要锚杆类型,具有广泛的应用前景。非连续变形分析(DDA)以及在此基础上发展的非连续变形的岩石断裂分析(DDARF)方法中锚杆为端锚形式,且只考虑了锚杆的轴向作用,而忽略了锚杆作用力对锚固岩体的侧向限制。为了更好地理解锚杆的支护机制,考虑锚杆的剪切作用,提出了DDARF中一种新的锚固形式——全长剪切锚杆支护形式。用改进的全长剪切锚杆支护方法对一公路隧道稳定性进行了分析,并与端锚支护形式进行了对比,结果表明,提出的全长剪切锚杆支护方法是有效的,锚固效果比端锚支护更好。

球面坐标系非连续变形分析的数学模型

从球面坐标系的弹性力学基本方程出发 ,推导出球面上块体的位移与 6个位移不变量之间的数学关系 ,进一步建立了联立方程式的球面坐标形式 ,为大范围现代地壳运动的非连续变形分析打下了数学基础。

主梁变形预报的改进非等间隔权重灰色修正模型

针对斜拉体系加固张拉施工阶段主梁变形难以预报,传统非等间隔灰色模型在其应用中存在精度低的问题,提出了一种马尔科夫链残差修正的改进非等间隔权重灰色主梁变形预测模型。首先,该模型将主梁变形量和索力差分别看作传统非等间隔灰色模型中的原始数据列和时间差,考虑在累加生成和累减还原过程中是否引入权重分配系数,构建了4种不同的非等间隔权重灰色预测模型,并依据相似度准则确定相应的最优权重分配系数和最佳计算模型,提高预测精度;然后,采用马尔可夫链法反映出主梁变形残差序列的随机波动特征,从而对改进非等间隔权重灰色模型的预测值进行修正,较好地弥补了单一预测模型预测精度偏低的不足,进一步提高模型的预测精度;最后,通过该模型对斜拉体系加固主梁变形进行预测。研究表明,相对传统非等间隔灰色模型,在模型累减过程中引入权重分配系数后的模型相对误差平均值降低0.47%;采用马尔可夫链法对预测结果进行修正后,相对误差平均值降低10.32%,能显著提高预测模型的精度;与马尔科夫链修正后的传统模型相比,经累减还原优化后的修正模型相对误差平均值降低3.50%,预测精度更高,能够较好地反映出了斜拉体系加固主梁变形的发展趋势;该模型的核心理论是灰色系统理论,对实测数据并无特殊要求和限制,同样适应于其他工程领域的变形预测问题。

非连续变形分析与现代地壳运动研究

介绍了非连续变形分析 (DDA)方法的原理、特点及适用范围 ,分析了DDA方法较常用的有限元法的优越性 ,进一步提出把现有平面DDA方程推广到球面DDA方程的基本思路 ,希望为在大范围内研究地壳运动找到突破口。在此基础上 ,结合目前我国地学研究的热点 ,提出了三类最具代表性的实际问题 。

Hansbo类有限单元法的非连续分片试验

为了研究Hansbo和Hansbo类有限单元法的数值分析精度和稳定性,基于增强有限元法,对该类有限单元法进行非连续分片试验.结果表明,采用3节点三角形数学单元的网格能够以机器精度通过分片试验,采用4节点四边形数学单元的网格一般不能以机器精度通过分片试验,且计算精度与数学单元形状和刚度矩阵积分方法有关.理论分析证明,数学单元与物理单元分离引入数学单元与物理单元母单元间的非线性坐标变换和不同于数学单元的物理单元Jacobi行列式,导致单元刚度矩阵被积函数比常规有限单元复杂,降低数值积分精度.在非连续变形区域采用三角形或平行四边形数学单元、或将含裂纹物理单元精细划分成积分子域是保证Hansbo和Hansbo类方法高精度通过非连续分片试验的合理和有效方法.

岩质边坡倾倒破坏的非连续变形分析

岩质边坡倾倒破坏存在块体的滑移、转动,及块体本身的折断。常规的离散元、非连续变形分析方法(DDA)虽然擅长处理块体的滑移和转动,但不能模拟连续体本身的破坏。然而通过在DDA方法中引入虚拟节理和真实节理的概念(即DDARF方法),用真实节理表征岩体中已经存在的天然节理、层面等,用起粘结作用的虚拟节理表征连续体。该方法可模拟连续体的变形及连续体的破坏。为此,首先对DDARF方法中的虚拟节理模型进行了着重的介绍。然后利用DDARF方法对龙滩边坡倾倒破坏的离心模型试验进行研究。研究结果表明,反倾块体的下部几乎没有明显的位移,而位于破坏面以上的部分产生明显的倾倒位移,导致在反倾块体的中部发生弯折破坏,形成贯通整个坡体的破坏面。数值模拟结果与离心模拟试验结果吻合得很好,验证了DDARF方法的有效性。

油脂单塔连续非催化高压逆流水解工艺探讨

天然动植物油脂水解制取的脂肪酸和甘油已成为重要的精细化工原料,简介油脂水解的原理和分类,重点探讨油脂单塔连续非催化高压逆流水解工艺的塔内物料走向、工艺参数、操作控制要点、优缺点及优化建议,为生产应用及工艺改进提供参考。

长江科学院专家、学者参加第十二届国际非连续变形分析研讨会并分别作相关报告

第十二届国际非连续变形分析研讨会（ICADD-12）于2015年10月17～19日在武汉隆重举行．来自世界7个国家的100多位学者参加了会议。DDA和数值流形法创始人、长江科学院非连续变形分析研究中心首席科学家石根华教授、中心主任林绍忠教授、副主任邬爱清教授、苏海东教授、张奇华教授、徐栋栋博士等参加了本届研讨会。

连续穿插法大管径双壁波纹管塌陷变形修复的实践应用

大管径双壁波纹管塌陷变形非开挖修复在非开挖修复中一直是个难题,本文以实际案例介绍了连续穿插法大管径双壁波纹管塌陷变形非开挖修复,修复中采用大型水平定向钻机配合先使待修管道复圆,最终实现拉入新管完成连续穿插法修复塌陷变形的施工方法。

高面板堆石坝应力变形分析的三维子模型法研究

面板堆石坝的变形分析是复杂的三维“非连续变形”问题。针对这一问题,对MSC.Marc有限元程序进行了二次开发,发展了三维子模型法,模拟了面板3个方向的边界、复杂的材料分区与施工过程,对目前世界最高的水布垭面板堆石坝进行了数值仿真,有效地解决了目前存在的数值分析精度偏低的问题。

非网格重剖分模拟宏观裂纹体的扩展有限单元法(Ⅰ:基础理论)

基于有限元计算网格,扩展有限单元法通过建立特殊的广义节点插值形式来描述含裂缝体的不连续位移场,避免了有限元法模拟裂缝时需要的网格重划分。进而,本文从虚功原理出发,在有限元法框架内完整地推导了能模拟宏观裂纹力学场的扩展有限元法实现公式,在理论上更全面地考虑了内部裂纹面上分布外载荷及缝内粘连材料刚度的影响,并提出了构建统一的扩展有限单元刚度阵形成模式,保证了与传统有限单元方式的协调一致。文中对方法的实现过程也做了详细阐述,给出了通用的计算公式,确保了算法的可行性。