连拱隧道围岩变形和破坏形态的DDA分析

连拱隧道围岩一般为由节理结构面相互切割的非连续岩体,利用非连续性分析方法研究这类围岩的变形和破坏形态可以更好地反映工程实际情况。采用非连续变形分析方法 DDA,对金鸡山连拱隧道围岩的变形和破坏过程进行了模拟,将整个变形破坏过程划分为了3个阶段:中墙上方岩体变形、地表下沉、滑移面产生阶段、隧道左右洞两侧滑移带(或滑移面)的形成阶段以及中墙顶部块体失稳、隧道上方岩体快速塌落阶段。研究了金鸡山隧道浅埋围岩和深埋围岩的变形破坏特征,其中边墙部位、靠近中墙的内侧拱顶或拱肩部位、外侧拱肩部位会首先受到变形破坏。

基于DDA分析的白石水库库岸硬岩边坡倾倒变形研究

库岸边坡的地形、地质条件复杂,其变形往往和自身蠕变特征关系密切。文章以辽宁省白石水库右岸岸坡为研究对象,基于水岩耦合以及岸坡蠕动特性,利用DDA方法从变形量、变形形态以及变形过程等方面对岸坡倾倒变形进行研究,结论显示利用DDA方法获得的计算结果与现场观测结果具有较高的吻合度,说明该方法可以用于水库岸坡倾倒蠕动变形预测研究。

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。

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方法的藕塘滑坡失稳模式分析

藕塘滑坡位于三峡库区奉节县长江南岸安坪镇集镇,为巨型顺层基岩滑坡,滑体总体积约6.4×107 m3。2003年,滑坡前部180~220m高程平台被选为安坪镇集镇新址,并针对浅层滑体实施了治理工程。自2008年10月底三峡库区首次蓄水以来滑坡逐渐出现变形迹象,2013年奉节县再次启动了安坪镇集镇的整体搬迁工作。在对滑坡的形态特征、物质组成和监测结果进行调查和分析的基础上,采用非连续变形分析（DDA）方法对175m水位时滑坡天然和降雨两种状况下的变形情况进行了数值模拟,以代表性位置块体的速度为依据对滑坡的失稳模式进行分析,结果表明：目前两种状况下藕塘滑坡整体基本稳定。考虑藕塘滑坡前缘的力学参数进一步降低的情况,滑坡前缘的岩层反翘可保证滑坡整体沿基岩失稳的可能性不大,但滑坡存在沿新的内部潜在滑动面失稳的可能。

煤与瓦斯突出的非连续变形分析(DDA)模拟

依据煤层裂隙分布规律和瓦斯运移特征,推导了瓦斯渗流量与瓦斯压力关系方程和瓦斯对煤体作用的瞬时平衡方程,并采用惯性阻尼与黏性阻尼联合方法求解,提高了计算精度,提出煤与瓦斯突出后稳定区的划分。运用改进的非连续变形分析(DDA)方法模拟了鹤壁煤电股份有限公司十煤矿煤巷掘进时一次煤与瓦斯突出过程。模拟结果与实际案例数据统计结论一致。

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。

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。

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。

矿井突水水源识别的距离判别分析模型

应用距离判别分析理论,结合矿井含水层的水化学分析资料,选取6种离子组分的浓度作为突水水源识别的判别因子,建立矿井突水水源识别的距离判别分析模型;以35组采样的水源样品作为学习样本进行训练,建立相应线性判别函数对35组实测数据用回代估计方法逐一进行检验,正确率为97.14%。将建立的模型对待识别的4个样本进行测试,并与实测结果进行比较。此外,利用本文方法对梧桐庄煤矿的突水水源进行了识别。研究结果表明:距离判别分析模型分类性能良好,预测精度高,回代估计的误判率为0.0286。

川滇地区现今块体水平运动变形特征分析

依据川滇地区1991,1999和2001年GPS测量数据,利用DDA正分析基本原理,结合现有的地质资料,对该地区近年来的水平构造运动特征进行了模拟分析,认为川滇地区水平运动整体速率在1999～2001年期间明显减弱;川滇决体主压应变以顺时针旋转为主,方向为SESEE;其南部是运动变形相对剧烈、易于积累能量的区域;未来一两年内,该地区地震活动水平不会太高。

基于尺度律的裂隙网络生成及其对地下厂房稳定性的影响分析

以锦屏二级为工程背景,通过对猫猫滩闸址区域内断层的统计,得到断层数量与尺度的幂律关系,并通过分段线性拟合的方法估算了断层系统的尺度-数量分维发现,当断层迹长r<0.1km时,分维D=0.4875;当断层迹长r>0.1km时,分维D=1.4961。通过该尺度律关系,结合蒙特卡洛法,推演了更小规模的节理的空间分布。运用DDA数值计算程序,分析并模拟了大水沟地下厂房的开挖过程,获得了高度节理化的由开挖引起的应力、位移变化图。

大倾角松软厚煤层巷道支护的不连续变形分析

针对杜家村矿北翼回风巷大倾角松软厚煤层条件下支护难题,采用了不连续变形分析(DDA)方法进行了无支护、锚杆支护、锚杆+锚索联合支护、锚杆+锚索+W型钢带+高强度塑料网联合支护的数值分析,模拟了巷道在不同支护条件下的变形破坏过程,比较了这4种支护方式下围岩的变形、垮落情况。研究表明:大倾角松软厚煤层巷道采用锚杆+锚索+W型钢带+高强度塑料网联合支护形式效果最佳,其两帮移近量仅为38.5 mm,顶底板移近量为62.3 mm。

冰-结构动力相互作用过程的DDA模拟

应用非连续变形分析(DDA)方法,模拟了海冰与直立结构的动力相互作用过程的模拟.该方法的优点是能将冰对结构的碰撞及冰的破碎过程可视化,同时发生碰撞后结构在每一时间步的响应都可计算出来.数值算例表明,DDA方法进行海冰破碎过程的模拟,比有限元或边界元等方法更为合理和接近实际.

基于非连续变形分析的重力坝变形预警指标

传统的确定大坝安全监控指标的方法都采用小变形和连续性假设,不能把重力坝的整体抗滑稳定与大坝变形有机地结合起来。在研究影响混凝土重力坝安全的因素和预警指标体系的基础上,引入基于块体理论的非连续变形分析,考虑坝体和坝基整体抗滑稳定,采用强度折减系数法分析了三峡大坝左岸厂房3#坝段的整体抗滑稳定性,得到了安全系数与大坝位移之间的内在联系。根据失稳判据和坝体位移与强度折减系数之间的关系曲线确定了大坝的结构性态,并估计出大坝弹性状态和承载极限状态的变形预警指标。

基于有限变形理论的非连续变形分析方法改进

非连续变形分析(DDA)方法将研究对象离散为块体单元,属于离散介质计算方法的一种。原有的DDA计算理论建立在小变形、小转动假设的基础上,通过时步的累加来模拟大变形、大转动,计算时会因此而产生误差,尤其是当块体发生大转动时往往会产生较大误差。采用有限变形理论对现有的DDA程序进行改进,计算时根据有限变形几何场对每一时步的计算结果进行更新,并通过2个算例对改进后的程序进行验证。结果表明,改进后程序可以很好地处理大转动问题,消除转动所带来的误差,并且在处理小位移、小转动问题时仍然有效,拓宽了DDA的使用范围,可作为工程计算的有效工具。

非连续变形分析的精度改进方法及研究趋势

由石根华提出的非连续变形分析(DDA)方法理论严密且计算较为高效,在模拟块体滑移、转动和张开等大变形、大位移问题方面具备独特优势,因而在岩土工程领域得到了广泛运用。然而DDA方法在提出初期不可避免地存在一些精度问题,对此石根华及国内外学者就问题产生原因和改进方法开展了大量研究工作。基于部分相关成果的研究学习,对改进原始DDA计算精度的各类方法进行归纳探讨,主要包括:(1)DDA块体内部应力位移场的精度控制;(2)块体接触问题处理方法的改进;(3)人为参数的合理选取;(4)能量耗散机制的考虑;(5)人工边界的改进等方面。对以上方法的改进效果和计算效率进行了简要分析和讨论,在此基础上对DDA的研究热点和发展趋势进行了概述,为该方法的进一步发展和完善提供思路。

非连续变形分析方法中的阻尼问题研究

定量研究了非连续变形分析(DDA)方法中的黏性阻尼与数值阻尼。首先,基于Newmark直接积分法,推导了块体系统的运动方程。其次,通过动力学中的黏性阻尼理论建立了DDA中动力系数、时间步长与黏性阻尼比的关系式,探讨了DDA中的常加速度积分方案的数值阻尼分区及阻尼比计算方法,进而得到两种阻尼共同作用时的阻尼比表达式,并分析了频域内阻尼比的分布情况。最后,以谐振激励下的块体振动为例,通过对比不同阻尼作用下块体位移的DDA计算值与理论解,验证了本文提出的阻尼比计算公式的正确性。研究表明:黏性阻尼对低频的衰减作用明显,数值阻尼则可以很快地消除高频干扰,而二者共同作用下可降低阻尼的频率相关性。该研究成果为DDA的振动、波动等动力计算的阻尼取值提供了理论依据。

湖西矿深部大断面软岩巷道支护的DDA数值研究

针对湖西矿深部大断面软岩巷道支护难题,根据巷道围岩地质条件及无支护条件下数值模拟结果,提出四种支护方案。采用了不连续变形分析(DDA)方法进行数值分析,模拟了巷道在不同支护条件下围岩的变形、垮落情况。研究表明,支护方案2(锚杆长度2200mm,顶锚杆间排距750mm×1000mm,帮锚杆间排距800mm×1000m,锚索长度4500mm,间排距1500mm×2000mm)效果最佳,顶、底、左帮、右帮的位移量均较小,分别为20.0mm、10.6mm、9.8mm、8.6mm。同时,将数值分析结果与现场矿压实测数据进行了比对,两种结果比较接近,说明DDA方法可以为锚杆支护巷道的优化设计提供参考。