基于快速拉格朗日分析–并行粒子群算法的黏弹塑性参数反演及其应用

将改进粒子群算法和大型岩土数值计算软件FLAC3D有机结合,提出基于快速拉格朗日分析的全局并行改进粒子群参数反演方法。该方法既没有采用EBE方法也没有利用区域分解技术对计算区域进行处理,而是对用于参数反演的优化方法进行全局并行,这既避免了区域分解难于确定子区域边界的问题,又避免了EBE方法的大量数据交换,无疑将大大提高并行效率。基于锦屏二级水电站辅助洞BK14+599断面的算法性能分析证实了这一特性。锦屏二级水电站辅助洞黏弹塑性参数反演表明该方法对大规模岩土工程参数反演提供了一种行之有效的方法,获得了可靠的长期稳定性分析参数。利用获得的参数进行正向数值分析,计算结果表明:变形主要发生在顶拱和两侧墙靠上部位;洞周出现了一定范围的塑性区,以两侧为最,洞底次之,内壁出现了拉伸屈服;洞肩和墙角出现了应力集中现象,洞底出现底鼓现象,这些现象与现场观测到的结果一致。因此,引水隧洞在设计、施工时应加以注意,防止造成不必要的损失。

连续介质力学行为分析的静态拉格朗日方法

通过对FLAC的研究,得出一个结论:拉格朗日方法无论从计算收敛的角度还是从物理意义的角度,基于运动方程求解都是不必要的。提出了一种新的求解思想,建立了所谓静态拉格朗日方法:(1)由节点不平衡力和节点刚度系数确定节点位移增量;(2)由节点位移增量确定单元应变和应力增量;(3)由单元应力增量确定单元应力状态,进而确定新的节点不平衡力。步骤(1)～(3)的过程重复进行,体系将达到平衡状态。给出了静态拉格朗日方法的基本公式和基本处理方法,包括节点不平衡力、节点刚度系数、单元应变和应力公式以及介质离散、单元应变和应力求解、介质开挖与支护、大变形问题等的处理方法。基于静态拉格朗日方法编制了计算软件,能模拟多荷载步、介质开挖与支护等复杂问题以及介质线弹性、弹塑性、流变等多种力学行为。软件可视化的后处理功能,可给出介质位移矢量图、塑性区分布图及节点位移、单元应力求解过程线。给出了静态拉格朗日方法算例,并与FLAC计算结果作了比较,通过算例说明了静态拉格朗日法的特点。将静态拉格朗日方法应用于实际工程,对黄河小浪底水利枢纽地下厂房大型洞室群围岩进行了力学分析。基于现场压缩试验,将岩体作为黏弹性介质,采用广义Kelvin模型,并确定了岩体力学参数;阐述了黏弹性模型静态拉格朗日方法的计算过程;根据地下洞室群开挖施工过程确定了数值计算的荷载步;建立了三维网格;基于实测计算了原始地应力场;数值计算给出了考虑流变效应的岩体位移和应力状态,给出了岩体流变稳定时间,为评价岩体的稳定性和设计支护方案提供了依据。概述连续介质静态拉格朗日分析方法的特点,该方法属于一种松弛或迭代方法,不需要通过节点运动方程求解,也不需要节点质量、阻尼力、惯性力、节点运动速度、加速度、时间步长等这些物理力学量,使求解方法简化。较FLAC方法的优点是,求解过程基本上是静态的,介质没有振动,或只有很小的振动,计算精度提高,克服了FLAC求解过程中介质振动、计算结果物理意义不明确这一缺点;算例的结果表明,对于较小的几何模型(单元和节点数较少),静态拉格朗日方法具有更快的计算速度,而对于较大的几何模型(单元和节点数较多),FLAC方法计算速度更快,在计算速度方面静态拉格朗日方法是否存在固有缺陷,尚需要进一步研究。

三维快速拉格朗日法在小湾拱坝稳定分析中的应用

三维快速拉格朗日分析是基于三维显式有限差分法的数值分析方法，它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为，可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形。由于采用显式差分法，它尤其适合于材料的弹塑性、大变形分析以及施工过程的模拟。本文首先介绍了三维快速拉格朗日分析的基本原理及其特点，然后用美国Ｉｔａｓｃａ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｉｎｃ开发的三维快速拉格朗日分析程序ＦＬＡＣ－３Ｄ进行了小湾拱坝的应力变形分析和参数敏感分析。

岩层移动规律的快速拉格朗日分析

采用快速拉格朗日元法及FLAC程序对矿山岩层移动进行了模拟研究，预测了采后地表移动变形值，其结果与采后现场实测数据相吻合。

应用三维快速拉格朗日法进行三峡船闸高边坡锚固稳定与机理研究

三维快速拉格朗日分析是基于三维显式有限差分法的数值分析方法 ,它可以准确地模拟岩土或其他材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形等三维力学行为 ,尤其适合于材料的弹塑性、大变形分析以及施工过程的模拟。本文首先介绍了三维快速拉格朗日分析的基本原理及其特点 ,然后应用三维快速拉格朗日分析程序FLAC

快速拉格朗日法及其在高边坡加固处理工程中的应用

快速拉格朗日分析是基于显式有限差分分析方法的数值分析方法,它可以模拟岩土或其它材料的力学行为,尤其适合材料的弹塑性、大变形分析。在简要介绍这种方法的基础上,以某水电站高边坡开挖加固处理为例说明了其在高边坡的应用,并对该加固处理方案的有效性和可行性进行了验证。

接触问题的增广拉格朗日块体粘接模型

在弹性接触数值模拟研究中,建立了一种新的块体粘接模型:通过将原模型所求解的问题归结成以粘接弹簧应变能为罚函数项的最小化问题.新模型引入拉格朗日乘子作为粘接弹簧拉力,从而将作为目标函数的系统总势能构造成增广拉格朗日函数.为求解该模型,提出一种新算法,在每个时间步引入一层增广拉格朗日迭代过程取得模型的最优解.数值算例验证了所提出模型和算法的精确性和有效性.

FLAC软件在拦水坝稳定性分析中的应用

坝体作为一个复杂的自然-人工系统,坝体的安全有效性受各种内外因素的影响,管理不当,容易引发各种安全环境问题。评估坝体工作十分重要,对提高坝体的本质安全状况和安全管理水平,减少和控制坝体运行中的危险、有害因素,降低坝体生产安全风险、预防事故发生,保护企业及下游居民的财产安全,保持坝区周边的社会稳定等方面都具有重要的意义。介绍了FLAC的概况,并根据已知的工程地质资料及岩石力学参数,用连续快速拉格朗日分析软件FLAC模拟了拦水坝的稳定性。通过模拟出坝体的应力应变和破坏场,了解坝体可能发生变形破坏的区域。为拦水坝的安全管理提供一些理论方面的依据。根据模拟出来的结果,提出了相应的解决措施,确保其正常运行,不至于发生垮坝事故,避免造成人员伤亡和经济损失。

FLAC软件在尾矿库稳定性分析中的应用

介绍了目前国内尾矿库的现状和FLAC软件的相关知识.在查明尾矿库工程地质条件的基础上,建立了尾矿库的FLAC模型,并利用FLAC软件求出了安全系数,利用所求出的安全系数对尾矿库进行稳定性分析.

深基坑开挖与邻近隧道相互影响的分析

采用三维快速拉格朗日方法(FLAC3D)模拟软土地区深基坑的分步开挖和支护过程。根据隧道与基坑不同位置关系,分为"紧贴型"和"浅埋型"两类、共7种工况,分析基坑分步开挖对邻近地铁隧道变形的影响以及隧道对基坑连续墙变形和墙后地表位移的影响。数值分析土体采用修正剑桥模型,考虑了连续墙和土体的接触滑移作用。数值分析结果发现隧道变形大小与基坑距离关系并不完全单调,隧道的存在对基坑墙后土体有明显的"加筋效应"。

基于FLAC3D的基坑开挖与支护三维数值分析

采用三维快速拉格朗日方法(FLAC3D)建立了考虑基坑分步开挖与支护全过程的三维动态计算模型,土体采用修正剑桥模型模拟,考虑了支护结构与土体的接触滑移作用,分析了基坑施工中围护墙变形、地表沉降、坑底隆起、坑外深层土体变形的基本特性.计算得到的地表沉降曲线与已有文献的经验沉降曲线基本一致,验证了计算结果的适用性.分析结果可为类似基坑工程的设计和施工提供有益参考.

储气库注、采气过程热工分析研究

基于变质量热力学原理,建立单个盐溶腔在注、采气过程的热工计算数学模型,并讨论模型的求解方法和思路。该方法除耦合井筒气流计算外,还可以考虑溶腔的三维真实形状和温度场,更接近实际。金坛储气库设计溶腔算例结果表明,注、采气过程中井口溶腔压力近似呈线性增加、减少;注气过程溶腔温度和壁面温度变化趋势呈开口向下的抛物线形态,而采气过程降低趋势则越来越平缓,最后有小幅度升高;井底和井口温度在注、采过程中的变化趋势同溶腔情况,但幅度要小。温度场影响范围相对溶腔尺寸而言比较小,在溶腔周围7～15 m内,但在该范围内温度梯度相对较大,会对溶腔稳定性造成一定的影响。

3-DFLAC在公路隧道风机洞室稳定性分析中的应用

某大型公路隧道中的通风洞室结构复杂,洞室断面跨度较大、间距较小,因此,设计与施工过程的安全性与稳定性是工程难点,有必要采取有效的数值计算方法和计算模型,对洞室群进行详细的数值模拟分析。稳定性分析采用了目前较先进的三维快速拉格朗日分析(FLAC-3D)方法,该方法采用三维显式有限差分法程序,可较好地模拟岩土的三维力学行为。

FLAC^(3D)在土坝劈裂灌浆防渗稳定性分析中的应用

采用劈裂灌浆防渗加固技术来改进坝体的稳定性,是堤坝加固领域的一种非常有效的加固方法。根据广东某水库的实际情况,采用三维快速拉格郎日分析(FLAC3D)方法对坝体灌浆前后的稳定性进行了数值模拟分析。通过模拟分析可知,三维快速拉格朗日分析方法可以较好地模拟劈裂灌浆过程中土体材料的弹塑性力学行为和施工过程,且分析结果与实际观测结果吻合。

御驾泉尾矿坝稳定性计算与分析

在查明御驾泉尾矿坝工程地质条件的基础上,采用极限平衡法和快速拉格朗日法计算了坝体标高334 m时在正常运行、洪水运行和特殊运行工况下的稳定系数。结果表明坝体是安全的,但是在特殊运行(地震条件)工况下的稳定系数并不高,仅为1.06,所以需要注意防范尾矿坝在特殊运行工况下发生坝体失稳事件。

煤层底板岩体采动渗流场–应变场耦合分析

根据五沟煤矿1018工作面地质及水文地质条件,应用三维快速拉格朗日(FLAC3D)流固耦合分析模块,采用变渗透系数方法,对该工作面底板岩体采动渗流应变机制进行数值模拟研究。分析结果表明:采动影响下,围岩渗透系数发生较大的变化,处在采空区正上方的泥岩段最大达到原始渗透系数的1 293倍;根据渗流场分析,工作面采动并没有破坏底板隔水层的阻水性能,采动裂隙没有导通灰岩含水层,灰岩水涌入回采工作面形成水害可能性较小;工作面正下方岩体单元安全度小于1的区域最大深度为30 m。综合渗流场以及隔水底板单元安全度分析结果,10煤底板下灰岩水溃入工作面形成水害可能性较小。

某水电站右岸软弱岩带对坝肩稳定影响的FLAC^(3D)分析

某水电站右岸软弱岩带发育,坝基岩体质量较差。采用FLAC3D分析表明,在大坝荷载或大坝+库水荷载作用下,右坝基(肩)变形总量及其与左坝肩变形差异均较小,右坝肩变形随时步衰减较快。结合坝基地质条件分析,右岸软弱岩带不会导致坝肩变形失稳。

基于FLAC的北碚滑坡稳定性及防治措施分析

在滑坡稳定性地质宏观判断基础上,利用快速拉格朗日分析法(FLAC)对北碚滑坡天然状态和暴雨状态下的稳定性进行模拟分析;通过建立数值计算模型和选取合理的计算参数,模拟滑坡体天然状态和暴雨状态下的塑性区特征分布和发展趋势;综合分析模拟结果,提出了合理的治理方案。

往复荷载作用下横向承载桩的数值仿真分析

介绍了结构振动实验的方法、连续介质快速拉格朗日分析的基本原理及FLAC3D提供的桩结构单元。针对土木工程中桩基础承受横向荷载的问题,阐述了根据FLAC3D进行往复载荷作用下拟静力数值仿真实验的过程和方法。对往复循环荷载作用下横向承载桩进行了数值仿真计算,对分析结果及相关参数的取值进行了分析。

公路隧道风机洞室群三维稳定性分析

山地公路隧道中,出于通风等需要,往往需要设置风机洞室群。风机洞室群结构复杂,多与行车主洞相贯通,且断面跨度较大,洞室间距较小。因此,保证其安全与稳定是工程的难点。采用三维快速拉格朗日分析方法(FLAC-3D),结合某公路隧道实际,给出了公路隧道风机洞室群的数值模拟分析方法,为今后此类工程提供了经验。