基于离散–连续耦合的尾矿坝边坡破坏机理分析

在连续介质力学有限差分数值模拟的基础上,选取有代表性的局部区域进行基于有限差分与离散元的离散–连续耦合分析。采用上述方法模拟了某尾矿坝边坡在尾矿冲填前后潜在滑移带附近的宏细观力学特征。模拟结果显示,对于耦合和非耦合模型中的连续域两种方法的计算结果基本一致,但离散域的存在可以对滑移带形成过程的细观力学特征,如力链分布、土体细观组构发展等进行分析,研究边坡破坏的细观机理。研究表明,在滑移带形成过程中,滑移带内外土体各向异性的发展明显不同:随着荷载的施加,潜在滑移带内土体颗粒发生了较明显的位移,应力主方向发生了明显转动。颗粒的转动改变了带内组构的分布,并逐渐形成剪切滑移带,造成边坡失稳。滑带外土体虽然应力主方向发生了一定的偏转,但剪应力变化不大。采用的离散–耦合分析方法可以分析边坡在渐进破坏过程中滑移带形成的细观力学机理。

基于三维离散–连续耦合方法的跨活动断裂隧洞错断破坏机制研究

在中国西部强震区兴建的大型水利工程中,输水隧洞常不可避免地横跨多条区域性活动断裂,受活断裂错断运动影响,这些输水隧洞面临着严重的错断威胁。传统隧洞抗错断数值模拟方法多将围岩简单考虑为等效连续体,不能从细观尺度模拟断裂错动时围岩的破裂过程和大变形现象。将三维离散–连续耦合方法引入跨活动断裂隧洞抗错断问题的研究上,研究在断裂错动作用下衬砌的内力响应,及围岩破裂的细观特征。在该分析方法中,采用离散元球形颗粒表征围岩,同时将隧洞衬砌结构考虑为连续单元体。验证接触边界上耦合力的相容性与连续性的同时,通过参数标定使离散区域与连续区域的宏观属性一致,在此基础上建立穿越活动断裂隧洞的三维离散–连续耦合数值模型。利用这一方法,讨论了不同断裂错距影响下隧洞因断裂错动而产生的位移变化与力学响应,并从细观角度对围岩破坏特征进行了探讨。获得的结论可以为穿越活断裂隧洞的抗错断设计提供一定参考。

基于颗粒单元接触的二维离散-连续耦合分析方法

结合离散单元法与有限差分法发展了离散–连续耦合分析方法。在中心区域采用离散元分析,其周围区域采用有限差分法分析。采用离散元中颗粒接触计算模型计算离散–连续交界面处的颗粒与单元相互接触作用,在连续单元中接触点速度按型函数对交界面处的节点速度进行插值,将与颗粒的接触力按权值函数分配到交界面节点上。通过PFC和FLAC的Socket I/O接口,实现二维离散–连续耦合分析,并通过对二维算例分析,表明了该耦合分析方法的有效性。