考虑颗粒破碎的砂土中鱼雷锚贯入离散元分析

鱼雷锚作为一种新型深海锚固装置,在海洋油气开发等工程中应用广泛,但目前关于钙质砂海床中鱼雷锚贯入特性的研究较为匮乏。基于离散元方法,对钙质砂地基中的鱼雷锚贯入过程进行了数值分析,通过与已有室内试验结果的对比验证了数值模型的可靠性,数值模拟重点分析了鱼雷锚贯入过程中锚周土体颗粒破碎的演化规律及其对锚体贯入特性的宏细观影响。结果表明:在鱼雷锚贯入过程中,锚尖及锚端周围土体破碎严重,锚侧颗粒破碎相对较弱,颗粒破碎数量随着贯入深度的增加而增加;颗粒速度场分布基于锚体中心轴基本对称,随着贯入深度的增加,颗粒速度场分布范围扩大,颗粒运动速度峰值在贯入过程中先增加后下降;随着贯入深度增加,应力峰值先增加后逐渐减少,在翼板开始接触土体后,应力峰值达到最大值。研究结果可为岛礁工程动力锚贯入设计提供参考。

某水电站2#倾倒体时效变形及失稳模式的离散元分析

为深入研究倾倒体变形破坏全过程特征,以某水电站消力塘左岸2#倾倒体为例,在野外调查基础上,利用离散元模拟,从模型时效变形及变形机理出发,分析该倾倒边坡在现状及地震作用下的失稳模式。结果表明:当边坡变形累积到一定程度,不稳定地质体将发生失稳,其位移表现为宏观的快速增加,若地质体的失稳是强震触发的,其位移还具有一定的“震荡”特征;倾倒边坡前期或前中期的变形破坏以沿结构面的剪切错动为主导,之后,随着拉张效应的逐渐积累,变形转为以沿结构面的拉张破裂为主;地震作用下,边坡中质点的水平速度及加速度均有高程放大效应,其中加速度放大系数大于速度放大系数,边坡破坏时,由于动力波的加速效应及岩体弹性应变能的释放将获得较大的水平加速度,表明岩体中的弱面对于岩质边坡的稳定性起控制作用;现状条件下,2#倾倒体整体稳定,其失稳模式以浅表层岩体的局部垮塌或沿小型山脊的滑塌为主,而遭受地震时则有整体失稳的可能,若整体失稳,其失稳过程应为:表层松动岩体率先垮塌、滚落→坡体震裂松弛→形成“滑移-拉裂”型滑坡。

双翼式深松铲的仿生设计及其离散元分析

深松铲是保护性耕作中进行深松的主要工具,其品质直接影响深松的效果。在对双翼式深松铲改型设计的基础上,应用仿生技术研究成果设计出仿生深松铲,并通过Pro/E软件对改型深松铲和仿生深松铲进行三维建模。而后应用离散元软件EDEM对两种形式深松铲进行仿真分析,得出速度为0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 m/s时两种深松铲所受的耕作阻力。离散元分析结果表明,两种深松铲在触土过程中耕作阻力变化趋势相同。虽然仿生深松铲具有较好的土壤脱附和耐磨性能,但平均耕作阻力较之改型深松铲稍大。本研究方法为新型深松铲的优化设计提供了参考。

模拟月壤抗剪强度试验研究及离散元分析

模拟月壤作为探月工程模型试验的基床材料,其力学特性将直接影响到月球探测器、着陆器等机构的设计,而抗剪强度是其主要力学特性之一。针对软着陆模型试验所用的TJ-1模拟月壤,采用标准应力路径三轴仪对其进行静三轴试验,得到了不同相对密度、剪切速率和围压条件下模拟月壤的应力-应变关系曲线、弹性模量和抗剪强度指标值等,试验结果表明:模拟月壤具有应变软化特征并存在一定大小的表观黏聚力,峰值内摩擦角的值介于43°~51°之间;相对密度越大,应变软化特征越明显,黏聚力和内摩擦角的值都越大:在密实状态时,剪切速率越大,模拟月壤的抗剪强度指标值呈整体下降的趋势。利用PFC^(3D)软件建立三轴试验数值模型,研究了颗粒间摩擦系数、初始孔隙率以及颗粒刚度这3个细观参数对模拟月壤抗剪强度的影响,模拟结果表明:颗粒间摩擦系数是影响抗剪强度指标内摩擦角的主要因素,而初始孔隙率及颗粒刚度的影响则相对不明显;在一定数值范围内,颗粒间摩擦系数越大,内摩擦角的值越大,两者近似呈线性关系。

用于离散元分析的胶结材料三维微观接触模型

岩石、结构性土、含水合物深海沉积土(能源土)等岩土材料均可视为由颗粒骨架和粒间胶结物共同构成的胶结型材料。简单实用的微观粒间接触模型是采用离散元数值方法分析胶结体系宏微观力学特性的基础。针对有一定厚度的粒间胶结形式,将胶结物简化为存在于颗粒之间有一定厚度的短圆柱。通过对胶结物内部应力分布进行适当简化推导了三维粒间接触模型,包括法向、切向、弯曲和扭转四个方向的相互作用规律。最终所得模型结合了理论推导和既有室内胶结接触力学试验成果,考虑粒间胶结物的法向压碎过程,能描述切向、弯曲和扭转单独作用的破坏过程以及剪弯扭共同作用下的破坏准则。模型形式简单,易于引入离散元程序。

裂隙水流-传热对高放废物处置库近场温度影响的三维离散元分析

裂隙水流-传热是高放废物处置库行为的重要影响因素。为研究裂隙水流-传热对高放废物处置库近场温度的影响,采用3DEC离散元软件计算分析了完整岩体模型和裂隙岩体水流模型对处置库近场温度分布和演变的影响。计算分析表明:由于裂隙水流的吸热降温作用,裂隙岩体模型的废物罐表面膨润土温度低于完整岩体模型的废物罐表面膨润土温度,并缩短了达到稳态所需要的时间;裂隙水流上游区域废物罐表面膨润土温度显著低于裂隙水流下游区域废物罐表面膨润土温度;在设定条件下,裂隙岩体模型的废物罐表面膨润土最高温度约为完整岩体模型废物罐表面膨润土最高温度的75%,裂隙水流速度从0.2mm/s增大到0.5mm/s,废物罐表面膨润土最高温度降低约4%。

深基坑支护桩的离散元分析

研究了利用静态松弛离散单元法计算深基坑支护桩上的土压力分布情况．

基于数字图像技术的岩土材料有限元-离散元分析

将数字图像技术与Munjiza提出的有限元法-离散元法(FDEM)耦合分析方法结合,研制了可表征岩石真实非均质性的FDEM分析系统,为从细观角度对岩体进行建模以及研究岩体的破裂机制提供了新途径。该系统借助数字图像技术从岩石断面的图像获取岩石材料的真实细观结构,借助成熟的网格剖分技术,将其映射到FDEM计算网格中,从而克服了原有FDEM在考虑材料非均质性所存在的不足。利用该系统,进行了巴西圆盘劈裂试验的数值模拟,再现了花岗岩在荷载作用下的真实破裂过程。数值模拟结果表明,考虑非均质性的岩样应力分布呈现出非对称性,岩石的细观结构对岩石中裂纹的扩展及应力分布有重要影响。

非饱和重塑与结构性黄土等向压缩试验离散元分析

为了研究非饱和重塑与结构性黄土在等向压缩条件下宏微观力学性质,进行了等向压缩室内试验的离散元数值分析。运用本团队提出的非饱和结构性黄土三维胶结接触模型,根据室内真三轴试验标定三维接触模型参数,进行了非饱和重塑与结构性黄土的等向压缩离散元模拟,并与室内试验结果进行了对比,在此基础上分析了其宏微观力学机理。结果表明:离散元模拟结果能较好的定性反映黄土的力学特征,非饱和黄土的孔隙比随平均应力先缓慢下降,后在屈服压力附近开始过渡到快速下降;胶结接触在达到某阈值平均应力时开始发生破坏;胶结开始发生大量破坏的阈值与压缩曲线上的结构屈服应力有很好的对应关系。

铁路隧道软弱围岩破坏模式离散元分析

以贵广高速某铁路隧道为依托,采用离散元UDEC建立数值计算模型,对软弱破碎围岩的破坏模式和系统锚杆支护效果进行分析,可知:隧道开挖产生临空面,易引发节理结构面的破坏,拱部岩体首先出现破坏;系统锚杆能使洞周竖向、水平位移与塑性区得到有效控制;注浆加固不但使锚杆的销钉和组合梁作用更为显著,而且还有效提高了围岩的自承能力。通过分析建议取消拱部系统锚杆,加强侧墙锁脚锚杆。

隧道施工引起不均匀沉降下的砌体结构离散元分析

为了分析砌体结构在不均匀沉降下的变形和结构开裂规律,通过将砌体看成是由块体、砂浆和二者间的黏结带构成的三相复合材料,采用离散单元法建立砌体数值模型,并应用能量原理进行分析。研究了砌体结构在不均匀沉降下的裂缝发展规律和结构损伤云图,通过能量原理分析,提出了砌体结构在不均匀沉降下的静能峰值指标。研究表明,离散元数值模拟可以分析隧道施工引起的不均匀沉降对砌体结构安全的影响,为周围施工扰动下的砌体结构安全分析评价提供了新的技术路径。

链子崖危岩离散元分析

一.前言链子崖位于长江西陵峡的兵书宝剑峡的出口.崖高100m有余,崖体内发育的长大裂缝有30条,突出的有12条.裂缝将崖体切割成0～6、7、8～12号裂缝三个危岩区,危岩座落在软弱煤层上,侧壁临空,紧靠江边,峡口江面窄,一旦发生大量崩塌和大规模滑移,后果严重. 从60年代开始,从不同角度、用不同方法对危岩进行了稳定性分析,大多数成果都汇集在文献[1]中.归纳起来主要有:地质分析法、力学分析法、现场观测.这几种方法得出的主要结论是:近期内危岩沿煤层整体滑移的可能性不大,局部崩塌的条件具备,可能性存在.

基于柔性边界的非饱和土三轴试验及离散元分析

非饱和土三轴试验的离散元模拟,对于从细观角度揭示其力学特性至关重要,但目前研究多采用刚性边界条件.使用黏结球颗粒代替橡胶膜,实现围压柔性加载.在此基础上,提出非饱和土三轴数值试验模拟流程,并进行不同围压下的三轴数值试验.从宏观破坏形态和细观剪切带、配位数、接触力等方面研究不同围压下非饱和土的力学特征.结果表明:非饱和土力学特性受围压影响较大,峰值应力和弹性模量随围压增大而增大,围压越大,剪胀性越小;试样主要表现为鼓胀破坏,破坏后剪切带在形态上呈对称的“X”形,剪切带的形成开始于颗粒的转动,到达峰值应力时,内部转动颗粒发生贯通,剪切带基本成型,围压越大,剪切带上转动颗粒数目和转动角度越小;配位数先增加后减少,与体应变变化趋势一致,且随围压增大而增大;剪切使法向接触力概率密度函数峰值左移,并且使法向接触力不均匀性增大,围压越大,法向接触力分布越均匀.该研究成果可为从细观认识非饱和土的力学行为提供途径.

不同粉煤灰掺量下SCC单轴压缩试验离散元数值分析

为了研究不同粉煤灰掺量自密实混凝土的力学性能变化及破坏性状,利用PFC2D中的FISH语言及该程序自带的线性黏结模型,建立不同粉煤灰掺量自密实混凝土单轴压缩试验离散元模型,并与实际试验结果进行对比,分析其内部破坏形态与力链变化。研究表明:不同粉煤灰掺量FA-SCC的极限强度呈先增后减的趋势,破坏裂缝均为对角裂缝,区别在于中部竖向裂纹数量不同,建立的二维离散元数值模型可以很好地模拟粉煤灰自密实混凝土结构轴压破坏时材料内部微裂纹产生、裂缝扩展及对角贯通裂缝形成的过程,弥补了室内试验仅仅依靠肉眼观测的不足,同时模型输出的不同粉煤灰掺量自密实混凝土的轴压强度及应力应变曲线与实验室试验结果高度贴合,最大抗压强度误差不超过7.1%。

甘肃中部供水黄土隧洞开挖离散元数值分析

为探究甘肃中部供水工程黄土隧洞开挖期围岩应力及位移变化问题,文章基于室内三轴试验和隧洞围岩现场监测结果,利用离散元方法建立隧洞开挖数值模型,得到洞周围岩的接触力场、速度场、接触破坏数量及系统动能的变化规律。研究结果表明:隧洞开挖初始,洞周土体颗粒间接触力显著增大,产生应力集中现象,且颗粒有向隧洞内部挤压的过程,接触剪切破坏数量和系统动能迅速增长。随着隧洞开挖后的逐步稳定,颗粒的应力和运动向隧洞上部发展,下部围岩首先趋于稳定,接触剪切破坏数量增长缓慢,系统动能不断衰减。最后,围岩应力重分布,隧洞处于新的稳定状态,围岩破坏模式主要以剪切破坏为主,不同位置处围岩位移值关系为:顶板>边墙>底板。

扦样机混样模块的有限元分析

中国作为粮食大国,历来重视粮食储存安全问题。目前,国内粮库一般使用扦样机对仓内粮食进行抽样检测,但是准确率较低。因此,高质量的扦样设备更能保证粮食检测结果的准确性。以电机驱动的扦样机的混样模块为研究课题,主要研究任务是对该混样模块进行有限元分析,主要研究任务有以下几个部分:使用EDEM离散元软件,确定工作过程中各部件的受力大小;将混样模块的模型导入进有限元分析软件中,对其进行前处理;分析该模块的受力情况,并提取其中最容易断裂的搅拌叶片进行更精细的有限元分析。

基于离散元模拟的土石混合体剪切与变形特性研究

土石混合体是一种颗粒大小不一,物质成分复杂,结构分布不规则的非连续介质,其力学性质受多种因素的影响,运用离散元模拟程序PFC2D建立土石混合体直剪试验离散元模型,对不同含石量、不同块石—土颗粒粒径比、不同黏结强度的混合体进行直剪试验模拟,研究其对土石混合体抗剪强度以及破坏特征的影响。研究结果表明:离散元模拟试验与室内直剪试验结果基本吻合,证明了离散元剪切模型的可靠性;随着含石量的增高,土石混合体抗剪强度与其对应的剪切位移增加,剪胀与应变硬化现象更明显;10倍平均粒径比的土石混合体具有最高的抗剪强度;土石混合体的抗剪强度随着黏结力的增加而增加,而残余强度受黏结力的影响较小。

基于有限元/离散元耦合分析方法的含预制裂隙圆形孔洞试样破坏特性数值分析

为了揭示结构面作用下深埋高应力硐室围岩的破坏机制,采用有限元/离散元耦合分析方法(FDEM)对含预制裂隙圆形孔洞硬岩试样建立数值模型,研究不同预制裂隙(结构面)位置、长度以及倾角下试样孔洞周边裂纹扩展规律及其力学破坏特性,针对各种情况提出了相应的支护措施。研究发现,(1)在无预制裂隙作用条件下圆形孔洞顶底部首先出现张拉裂纹,随后在孔洞两侧相继出现劈裂裂纹并逐渐贯通,近似于开挖面附近的板裂化破坏;(2)若洞壁一侧存在已揭露裂隙该侧岩体整体呈剪切滑移型破坏,若洞壁一侧存在未揭露裂隙该侧岩体的破坏模式为张拉–剪切型破坏,未揭露预制裂隙试样的破坏程度更为剧烈且更容易诱发岩爆;(3)对于孔洞上方的预制裂隙,无论揭露与否最终都会产生局部性顶板垮落或崩塌;(4)随着预制裂隙长度的增加,圆形孔洞上方岩体由短裂隙时的局部性垮塌最终转变为全局式垮塌;(5)对于孔洞一侧预制裂隙,试样破坏过程所释放的动能(破坏程度)随裂隙倾角的增加呈现先增大后降低的趋势,对于孔洞顶部预制裂隙,试样的破坏剧烈程度随裂隙倾角的增加呈现单调递增趋势。研究结果可为含裂隙或断层岩体地下工程开挖、支护设计及其稳定性分析提供指导。

浅埋大采高综采工作面煤壁片帮可控因素离散元数值计算分析

以三交河煤矿504工作面地质条件为工程背景,利用离散元数值分析软件探究工作面煤壁片帮可控因素之间的关系,包括端面距离、支架工作阻力和水平支护力;通过现场实测验证表明:504工作面所选用的ZY7600/26/55双柱掩护式支架的结构和参数满足安全生产需要。

扁铲侧胀试验贯入及膨胀过程离散元分析

通过离散元模拟扁铲侧胀试验铲头在砂土中贯入及膨胀过程,利用随机生成的圆形颗粒模拟含水量为零的砂土,并预先设定其粒径范围。确定和绘制了铲头从模型顶部贯入至底部过程中,15个测量圆位置处的应力及应变过程,并分别研究了水平应力和密度对土应力应变的影响。研究结果表明:①扁铲侧胀试验铲头贯入和膨胀过程改变了土体的天然应力状态和产生局部变形,进一步影响土体的力学行为;②扁铲侧胀试验铲头贯入和圆形钢膜膨胀都会对土体的竖向应力和应变产生影响,但圆形钢膜膨胀主要对土体水平应力产生影响;③扁铲侧胀试验铲头贯入阶段,密实土的应力变化更明显,而松散土的变形更大;④较高的水平应力可减轻应力干扰,并产生较轻微的变形。