非饱和瞬态渗流的DDA流固耦合模型研究

DDA由于处理块体大变形、大位移问题能力较强,因此被广泛应用在岩体数值模拟当中。但该方法在模拟渗流场,尤其是瞬态渗流场方面目前鲜有研究。根据立方定律建立DDA稳态渗流模型,将非饱和二维Richards方程离散化处理,推导DDA瞬态整体渗流矩阵。将水头矩阵以外荷载形式作用在块体上,建立瞬态非饱和渗流流固耦合DDA计算模型。通过对土柱入渗、砂槽入渗试验和危岩体工程案例进行数值模拟,验证了该模型的正确性,为DDA处理非饱和瞬态流固耦合问题提供新方法。

天体运动的三维DDA模拟

不连续变形分析(DDA)方法广泛应用于岩土工程领域,其中三维球颗粒DDA(3D-SDDA)理论能够对球形物体模型的运动进行数值模拟。本研究将不连续变形分析方法应用于太阳系天体运行模拟,将各天体看作球状物体,仅考虑天体间的引力和其自身惯性力,通过建立系统总体平衡方程式,推导载荷矩阵方程,求解总体方程,编写Matlab计算程序,从而得到各天体的运动参数,对天体运动进行数值模拟。结果表明,利用3D-SDDA理论能够模拟日-地二体系统和日-地-月三体系统在宇宙空间中的运行状态,获取任意时刻天体的空间位置和速度信息。分别将日-地二体系统的数值计算结果与开普勒计算方法所得结果对比,日-地-月三体系统的结果与虚拟天文馆软件Stellarium高精度数据对比,结果吻合良好。同时输入月全食发生的限制条件,能够正确预测出月全食发生时刻。

三维DDA方法的验证及其在隧道围岩垮塌控制中的应用

为准确模拟隧道围岩垮塌灾害演化过程与锚杆加固处置,通过嵌入锚杆支护算法实现了三维非连续变形分析方法(DDA)中的锚杆支护模拟.首先,介绍了三维DDA方法模拟块体运动的基本原理,提出了三维DDA方法中锚杆支护算法;其次,针对隧道围岩垮塌灾害中的不同运动模式,采用三维DDA方法模拟了块体滑移、转动以及碰撞过程,验证了三维DDA方法模拟块体运动的准确性;最后,采用三维DDA方法模拟了工程尺度的节理岩体隧道围岩垮塌过程.结果表明:无支护条件下隧道洞周块体垮塌高度为3.9 m,洞周块体位移呈现出明显的各向异性特征;有支护条件下隧道洞周块体保持稳定状态,隧道左拱肩部位锚杆轴力较大,实际施工过程中可增加该区域锚杆长度.

基于DDA方法的高填方分层碾压强夯研究

针对基坑的高填方问题,提出不分层碾压和分4层碾压两种压实方案,基于DDA(Discontinuous Deformation Analysis)方法,从数值模拟的角度,比较两种方案在相同夯击次数后的压实度,评估是否可省略分层碾压过程。结果表明:两种压实方案经过相同夯击次数后,压实度存在显著差异,分层碾压可有效提升压实度,现场施工应进行分层碾压;随着夯击次数的增加,压实度呈现显著增长趋势,强夯处理所带来的压实度增幅大于分层碾压方式。

基于DDA方法的排碴井筒堵塞概率分析

依托某公路隧道的超大直径通风竖井工程,针对通风竖井施工中心小直径井筒排碴存在极大堵塞风险、严重影响建设工期的问题,考虑到井筒落石属于非连续变形动力学过程,因此,采用非连续变形分析(DDA)方法,通过对井筒落石进行数值建模,以球体作为基本块体单元,基于捆绑算法将球颗粒捆绑成相应形状块体,模拟块体运动过程中的碰撞、摩擦等,开展了针对性的小直径井筒落石堵塞概率分析。数值模拟结果表明,为避免小直径排碴井筒发生堵塞现象,应严格控制抛入排碴井筒的岩块尺寸与块度;钻爆法施工的小直径排碴井筒超欠挖现象越严重,井筒堵塞概率越大。模拟结果较为真实地反映了排碴井工况的工程实际。

基于SPT-APD-DDA的砂土液化评价方法研究

传统的规范法在建立经验判别准则过程中存在大量不确定性因素,工程中亟需针对复杂场地液化判别方法的综合性研究。通过对上海市包头路段沉管抢修项目49组砂土土样的研究,在标准贯入试验法(SPT)定性评价的基础上采用提出的绝对差值百分比法(APD),划分出35组判别结果精确及14组存在判别误差的土样。借鉴判别分析理论思想,将平均粒径D50、不均匀系数Cu、比贯入阻力Ps、标准贯入点深度ds、地下水埋深dw和标准贯入锤击数N63.5等物理力学参数加入液化评价,利用精确土样建立适宜研究区工程地质特性的距离判别分析模型(DDA),对14组存在判别误差或失误的土层进行定量评价。研究结果表明:建立的砂土液化综合评价体系对研究区具有较强的针对性与适应性,从多角度全面、客观地评价了研究区砂土液化情况。最终通过合理的抗液化沉陷措施,保障了后续工程的稳步进行,为类似地质条件场区的砂土液化稳定性评价提供参考和借鉴。

地下层状岩体爆破的DDA方法模拟研究

爆破破岩是爆炸应力波和爆生气体压力共同作用的结果,岩体不连续面和地应力是影响地下岩石爆破的重要因素。在非连续变形分析(DDA)方法中引入接触阻尼算法,同时改进爆腔搜索算法,采用递归策略搜索联通裂隙网络,实现节理岩体爆破模拟中爆腔的实时跟踪,进而对爆炸应力波和爆生气体共同作用下地下层状岩体的单孔爆破进行数值模拟,研究节理间距对破岩效果的影响。结果表明:节理对爆炸应力波的衰减作用随着节理间距的增大而明显减弱,相应的爆腔体积增大和爆腔压力衰减减慢;节理间距的增加将减慢爆破能量的衰减,从而导致更多的裂纹数量和更大的破岩程度;当节理间距较小时,爆生气体破岩作用较大,而随着节理间距的增加,爆炸应力波破岩作用愈加明显;节理的存在还将导致爆破径向裂纹沿节理面的偏转并进而继续沿径向扩展或停止扩展;节理间距越大,径向主裂纹发育也越明显。

岩石圆盘径向压缩破坏的Voronoi子块体单元DDA方法模拟

非连续变形分析(DDA)方法是计算离散可变形块体系统力学行为的数值计算方法,可通过子块体单元DDA方法模拟岩石的开裂破坏。考虑到Voronoi多边形颗粒与细观尺度下岩石矿物晶粒形态的相似性,提出一种基于随机圆的Voronoi颗粒单元模型生成方法;并通过完整及带预制裂纹岩石圆盘径向压缩破坏的模拟,验证岩石破裂问题Voronoi子块体单元DDA模拟方法的适用性。结果表明,当子块体单元数较小时,圆盘表现出更高的整体强度;随着子块体单元数的增大,起裂处位置更接近真实,开裂破坏路径更清晰;子块体单元数较大时不同倾角预制裂纹圆盘破坏的模拟结果与实验结果高度吻合,并能有效反映圆盘中心加工小孔对开裂破坏路径的影响。使用Voronoi子块体单元DDA方法能够有效模拟岩石的开裂破坏过程,为进一步开展基于Voronoi颗粒单元模型的岩石开裂破坏模拟创造了条件。

基于DDA的岩质边坡稳定性评价方法

岩质边坡的稳定性主要受节理、裂隙等结构面控制,基于连续介质的边坡稳定性分析方法已不适用。为此,将节理岩体非连续变形分析(DDA)方法与强度折减法相结合,提出基于DDA的复杂岩质边坡稳定性分析方法,并给出强度折减策略和安全系数确定依据。通过单滑块直线滑面和多滑块圆弧滑面两个算例,并与理论解和条分法计算结果进行对比,验证该方法的准确性和有效性。以河南洛宁抽水蓄能电站场内公路岩质边坡为例,应用该方法分析不同折减系数下边坡的变形演化过程和位移演化规律,并确定边坡的安全系数。结果表明,在降雨及爆破开挖扰动影响下,边坡破坏首先发生在坡脚,然后逐渐发展到坡顶,与现场调查及监测结果较为吻合。该方法可为复杂岩质边坡稳定性评价提供一种新的研究途径。

基于体素网格划分的二维DDA接触粗检测优化算法

接触检测在非连续变形分析方法计算流程中耗时占比最高。提出一种高效的基于体素网格划分的接触粗检测算法。该算法将符合特定条件的复杂块体剖到网格中,有效减少预检测获得的块体对数。本文的算法已整合到非连续变形分析程序中,经过经典算例测试,该算法相比现有算法优势明显。

基于DDA检测技术的管道焊缝一次透照长度计算

以数字探测器阵列(DDA)检测技术为研究对象,对压力管道数字射线检测中的纵缝透照、环焊缝中心透照、环焊缝源在外双壁单影透照、环焊缝源在内单壁单影透照的一次透照长度进行了推导计算,为压力管道焊缝的DDA检测提供理论和实践依据。

硫化—胺法浮选菱锌矿体系中两相和三相泡沫的性能研究

硫化—胺法是氧化锌的主要选别方法之一,在工业生产中的指标较好,但存在浮选泡沫发黏、难消泡的问题。研究了硫化-胺法浮选菱锌矿体系中两相泡沫和三相泡沫的性能,考察了硫化钠用量、十二胺用量、矿物含量、矿物粒度、矿物种类等对泡沫稳定性的影响,并测试了不同矿物含量的矿浆黏度。结果表明,在采用硫化—胺法浮选菱锌矿时,加入硫化钠能够提高两相和三相泡沫的稳定性。不同粒度的矿物颗粒对泡沫稳定性影响不同,加入-74+37μm粒级的菱锌矿和石英颗粒均能够降低泡沫稳定性,而加入-37μm粒级的菱锌矿和石英颗粒均能够提高泡沫稳定性,-18μm的石英颗粒影响尤为明显。当十二胺与微细粒级石英共同存在时,浮选泡沫尤为稳定。加入石英颗粒后的三相泡沫半衰期均高于菱锌矿,这是由于石英矿浆的黏度高于菱锌矿,因而泡沫液膜的Marangoni效应增强,导致排液速率变慢,泡沫液膜变薄速率下降,泡沫稳定性更强。

煤矿开采中的岩层应力分布与变形移动的DDA模拟

应用DDA数值方法模拟分析了深部煤矿开采中上覆岩层的应力场变化和变形移动规律,并与相似物理模型试验进行了对比。结果表明:DDA法可以有效地模拟出上覆岩层的应力场变化趋势和变化范围、不连续块体的变形和位移、岩层垮落和“离层”现象。数值模拟结果与模型实验结果相吻合。

露天采矿爆破振动对民房危害预测的DDA模型及应用

针对爆破地震效应评价中诸多因素不确定性问题,应用距离判别分析理论,选用爆破振动幅值、主频率、主频率持续时间、灰缝强度、砖墙面积率、房屋高度、屋盖形式、圈梁构造柱、施工质量、场地条件共10个影响因素作为判别因子,建立露天采矿爆破振动对民房危害预测的距离判别分析模型(DDA);以36组爆破振动实测数据作为学习样本进行训练,建立相应线性判别函数并利用回代估计方法进行回检,用12组现场数据作为预测样本进行测试。研究结果表明:回检误判率为2.78%;距离判别分析模型预测结果与实际结果较吻合,预测精度高,为露天采矿爆破振动对民房危害程度的预测提供了一种新思路。

DDA方法块体稳定性验证及其在岩质边坡稳定性分析中的应用

首先,介绍DDA方法中关于块体接触力的计算过程,提出计算沿潜在滑动面稳定性安全系数的计算方法;然后,在此基础上以沿折坡单块体滑动问题为实例,利用DDA方法分别计算仅考虑滑动面摩擦角?和同时考虑摩擦角?和黏聚力c条件下块体的运动稳定性和安全系数大小,并与理论值进行比较与验证;最后,针对乌江银盘水电工程右坝肩边坡开挖后因软弱断层控制引起的稳定性及处理措施选取问题,利用已有的极限平衡分析条块系统,将DDA方法应用于该边坡稳定性分析,对边坡的实际稳定状态及锚固效果进行对比分析与评价。研究结果表明,利用DDA方法在计算滑面上条块系统沿滑面稳定安全系数时,因其条块间接触力是建立在严格的力学平衡方程基础上,允许块体系统非连续变形,并且勿需条块界面强度等比例调用的假定,其结果对反映实际岩质边坡的稳定性应该更具合理性。另外,DDA方法关于边坡锚固模拟计算,充分反映和验证了锚杆在边坡稳定性加固处理中的效果。

DDA数值模型及其在岩体工程上的初步应用研究

根据已初步开发出的ＤＤＡ模型计算程序，分别就某工程试验洞洞挖和边坡明挖问题进行了计算，并与有限元结果进行了比较。两种开挖问题计算结果表明，ＤＤＡ模型计算结果在岩体开挖位移形态及位移量级上与有限元及实际位移监测结果都具有较好的可比性，说明该模型所反映的岩体开挖变形趋势是符合实际的，分别就ＤＤＡ模型应用于岩体洞挖和明挖计算时所存在的问题进行了讨论，包括岩体开挖荷载施加方式、块体界面特性模拟以及块体系统嵌入差别等问题。

用改进的DDA方法模拟公路隧道的稳定性

用改进的非连续变形分析(DDA)方法对某公路隧道进行了稳定性分析。采用有限元网格生成方法——行波法,在计算区域内自动生成三角形的DDA块体。块体的边界分为真实节理和虚拟节理,虚拟节理的强度取岩体的真实强度。另外,计算中还考虑了预应力锚杆对隧道围岩的加固作用。将计算得到的隧道拱顶、边墙的位移与现场监测结果进行了对比,两者基本吻合,说明改进的DDA方法在地下隧道的稳定性分析方面具有应有前景。

节理岩质边坡变形的DDA模拟

对原非连续变形分析方法(DDA方法)中边界约束方法进行了推广,将其应用于节理岩质边坡变形规律的数值模拟,并利用模型实验结果验证了推广方法的正确性。

磷酸溶液中DDA在锌表面的吸附及其缓蚀作用

采用失重法及电化学法研究了锌在含或不含十二烷基胺(DDA)的磷酸溶液中的腐蚀作用,得出相应的动力学方程,求得有关的动力学及热力学参数.用光电子能谱(XPS)检测发现,在40～70℃区间,锌在磷酸溶液中生成Zn(OH)x覆盖层,表现出较强的自缓蚀效果,而在30～40℃区间,因DDA以及HPO42-,H2PO4-等微粒同时吸附在锌表面,DDA在磷酸溶液中表现出较强的缓蚀作用.用吸附理论讨论了这种缓蚀作用产生的原因.

节理岩体爆破的DDA方法模拟

在非连续变形分析(DDA)方法中,通过跟踪炮孔扩张和炮孔周边裂隙的发展贯通求得爆腔的即时体积,进而根据爆生压力状态方程计算爆腔即时压力,并将爆生压力载荷作用到主炮孔内壁和贯通裂隙面上,实现了爆生产物作用下节理岩体爆破的DDA方法模拟。采用DDA方法模拟了节理岩体中的水平柱状炮孔抛掷爆破问题,得到了爆腔的体积扩张和压力衰减时间曲线,模拟很好的再现了岩石爆破过程中的炮孔扩张、岩体破坏、块体抛掷和爆堆形成过程。