基于FEM-SPH耦合方法的挡土墙墙后土体变形破损研究

挡土墙发生较大位移时,墙后土体往往出现裂缝,应用传统有限元法(FEM)计算墙后土体受力变形时存在困难。FEM-SPH的耦合方法结合了FEM的高精度、高效率和SPH粒子处理大变形的能力,可以较好地模拟裂缝的衍生与发展演化。本文介绍了SPH方法的基本原理与FEM-SPH的耦合方法,使用FEM-SPH自适应耦合算法对平动位移模式下挡土墙墙后土体的裂缝衍生与墙后土压力进行了三维数值计算,并与试验结果进行了对比,结果表明:(1)FEM-SPH方法可以较好地模拟挡土墙墙后土体的裂缝衍生;(2)墙后滑坡推力峰值在距离墙顶2/3处;(3)挡土墙平动模式下,张拉裂缝与剪切裂缝交替出现,张拉裂缝的出现由远挡墙向近挡墙的顺序衍生,剪切裂缝的出现由土体下端向上端的顺序衍生。研究结果可以为解决岩土体大变形问题提供新的思路。

岩体贯切破坏在不同侧向自由边界的声发射演化

采用机械式隧道开挖可提升施工自动化与工程安全性的成效,但因机械式掘削刃口开挖过程的力学机制仍属浑蒙,而掘削机具与弱面位置的互制关系,对于岩体破坏行为有着重要的影响。以脆性岩体为研究目标,探求楔型刃口贯切受测岩体的接触破坏机制,为工程实际提供参考。由正向楔型贯切仪器的建置,并采用非损伤的声发射技术,以楔型刃口为尖状及90°楔角的试验条件下,改变不同贯切位置,以无侧围压方式进行模拟开口不连续的弱面状况,并采用裂缝开口位移控制,使加载于尖峰行为后,不致失稳开裂,以求取完整的贯切加载历程。试验结果显示,不同贯切位置的裂缝开裂路径,存在着几何相似特性;随着逐渐靠近侧向自由边界,其最大贯切力与最大贯切深度均随之降低,但对于标称贯切压力则影响不大。而声发射技术所接收的微震事件,可代表微观裂缝的生成,其与宏观裂缝的初裂与延伸作一比较,证实声发射定位结果十分良好;随着贯切位置逐渐靠近侧向自由边界,丛聚现象发生时机将提早发生,且弹–塑性交界半径则有减小的趋势。