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基于改进对流粒子域插值物质点法的隧道大变形分析 被引量：1
1
作者 王曼灵 李树忱 +3 位作者 周慧颖 王修伟 彭科峰 袁超 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1632-1643,共12页
物质点法(MPM)在模拟大变形问题时具有很好的效果,然而传统的MPM在粒子穿越网格边界时存在单元穿越误差,导致精度降低。为克服传统MPM的单元穿越误差,基于对流粒子域插值物质点法(CPDI)理论框架,采用自适应正交改进插值移动最小二乘法(A... 物质点法(MPM)在模拟大变形问题时具有很好的效果,然而传统的MPM在粒子穿越网格边界时存在单元穿越误差,导致精度降低。为克服传统MPM的单元穿越误差,基于对流粒子域插值物质点法(CPDI)理论框架,采用自适应正交改进插值移动最小二乘法(AOIIMLS),提出了改进CPDI方法。AOIIMLS通过构造加权正交基函数,并且忽略了新对角矩阵中的零元素或极小元素的贡献,以避免求解逆矩阵,增强了鲁棒性。改进CPDI采用速度梯度计算粒子域的速度场,粒子速度和粒子域角点速度用于重构背景网格速度函数。通过一维柱在自重作用下的压缩、砂柱坍塌和隧道坍塌离心机试验验证了改进CPDI方法的准确性和适用性,结果表明改进CPDI降低了单元穿越误差,得到了更高的精度。最后,采用改进CPDI方法模拟了青岛地铁4号线静沙区间地面塌陷全过程,验证了改进CPDI方法在岩土工程大变形领域的适用性及优势。 展开更多
关键词 物质点法 对流粒子域插值 自适应正交改进移动最小二乘法 隧道大变形
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气孔杏仁状玄武岩随机三维模型构建与单轴压缩力学行为研究
2
作者 周慧颖 李树忱 +3 位作者 王曼灵 袁超 张俊艇 冯健鹏 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1214-1232,共19页
为了研究初始孔隙对气孔杏仁状玄武岩力学行为的影响规律,提出了一种考虑计算孔隙率、体积参数、形状参数、角度参数和构造参数的气孔杏仁状玄武岩随机三维模型构建方法,基于建立的随机模型开展了五因素五水平的单轴压缩正交数值模拟,... 为了研究初始孔隙对气孔杏仁状玄武岩力学行为的影响规律,提出了一种考虑计算孔隙率、体积参数、形状参数、角度参数和构造参数的气孔杏仁状玄武岩随机三维模型构建方法,基于建立的随机模型开展了五因素五水平的单轴压缩正交数值模拟,分析不同模型的应力-应变曲线、破坏模式和破坏特征。结果表明:计算孔隙率、角度参数和构造参数对于岩石的单轴抗压强度和弹性模量有较大影响,岩石的单轴抗压强度和弹性模量均与计算孔隙率、角度参数呈负相关,与构造参数呈正相关,与其余因素相关性较弱;随着模型孔隙率的增加,气孔杏仁状玄武岩应力-应变曲线中塑性应变占比随之增加,破坏模式由单剪切破坏面、多剪切破坏面转为局部粉碎状破坏,岩石由脆性破坏逐渐转为延性破坏,5%和12.5%可近似作为强脆性―脆性―延性转换的临界孔隙率;建立的损伤统计本构方程能够根据初始孔隙特征较好地预测气孔杏仁状玄武岩的力学行为,对于玄武岩地层中多孔岩石力学性质的确定具有重要意义。 展开更多
关键词 玄武岩 多孔岩石 随机建模 数值模拟 损伤模型
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基于FEMLIP的全风化边坡失稳破坏全过程的数值模拟研究 被引量：3
3
作者 王曼灵 王爱涛 +2 位作者 李阳 彭俊强 李树忱 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2019年第3期269-281,共13页
边坡坡角和强度是影响边坡稳定性的重要因素,而边坡失稳往往伴随着大变形的发生,其变形从数十米至数千米不等.目前,传统有限元法在处理大变形问题时常常因网格畸变而导致计算终止.因此,为了实现边坡失稳破坏全过程的模拟,并研究边坡坡... 边坡坡角和强度是影响边坡稳定性的重要因素,而边坡失稳往往伴随着大变形的发生,其变形从数十米至数千米不等.目前,传统有限元法在处理大变形问题时常常因网格畸变而导致计算终止.因此,为了实现边坡失稳破坏全过程的模拟,并研究边坡坡角和强度对边坡稳定性的影响,基于Lagrange(拉格朗日)积分点有限元法(FEMLIP),采用C语言编写了能够模拟边坡失稳滑塌全过程的Ellipsis程序,并通过一个典型案例对该方法的正确性和可行性进行了验证.采用该方法分析了边坡在不同坡角和强度条件下的稳定性和滑坡过程.研究结果表明,Lagrange积分点有限元法可以较准确地模拟边坡的潜在滑移面,并且可以模拟边坡失稳后的滑坡发展过程,为边坡滑坡大变形分析提供了一种新的数值计算方法. 展开更多
关键词 全风化边坡 失稳破坏 全过程 数值模拟 Lagrange积分点有限元法
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富水砂性地层盾构渣土改良试验与喷涌防治技术 被引量：19
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作者 万泽恩 李树忱 +3 位作者 赵世森 王鹏程 支斌 王曼灵 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期83-93,共11页
为解决土压平衡盾构穿越富水砂性地层螺旋输送机喷涌、排渣不畅等难题,基于渣土改良剂的地层适应性规律研发新型化学改良剂并开展相关室内试验。试验结果表明:非离子聚合型泡沫剂可兼备发泡倍数与稳定性能,适当提高泡沫剂浓度c;能够增... 为解决土压平衡盾构穿越富水砂性地层螺旋输送机喷涌、排渣不畅等难题,基于渣土改良剂的地层适应性规律研发新型化学改良剂并开展相关室内试验。试验结果表明:非离子聚合型泡沫剂可兼备发泡倍数与稳定性能,适当提高泡沫剂浓度c;能够增大发泡倍率FER和半衰期HT。当c;>5%时,由于达到临界胶束浓度,FER和HT趋于最大值。透射电镜TEM结果显示液态喷涌防止剂为链状结构,通过高分子聚合物长链对细粒土吸附包裹达到喷涌防治的目的。改良土试验结果表明:改良后砂性土的坍落度随泡沫掺入比FIR和喷涌防止剂掺入比PIR的提高而增大,随膨润土掺入比BIR的提高而减小。喷涌防止剂对土体渗透性的降低作用最为明显,当FIR=40%,BIR=20%,PIR=20%时,改良土常水头条件下的渗透系数较原状土降低3个数量级。通过三维数字显微系统对不同改良土的细观结构观察分析,泡沫的形态随时间推移由球形变为多边形,膨润土提供黏粒组分并减小粗粒土的孔隙,喷涌防止剂可将不同粒径的土颗粒与水分子连接团聚,提高改良土的止水性。另外结合工程案例,提出富水砂性地层喷涌防治工艺,保证了隧道的顺利贯通。 展开更多
关键词 富水砂性地层 土压平衡盾构 渣土改良 地层适应性 泡沫剂 喷涌防止剂
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基于SED准则的近场动力学及岩石类材料裂纹扩展模拟 被引量：10
5
作者 马鹏飞 李树忱 +3 位作者 袁超 周慧颖 王曼灵 王修伟 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1109-1117,共9页
在近场动力学理论的基础上,引入反应岩石类材料破坏特性的应变能密度(SED)准则,同时利用服从Weibull分布的临界破坏条件来描述岩石的异质性,弥补了近场动力学方法在模拟岩石类材料裂纹扩展时无法反应岩石应变软化特性及异质性的不足。... 在近场动力学理论的基础上,引入反应岩石类材料破坏特性的应变能密度(SED)准则,同时利用服从Weibull分布的临界破坏条件来描述岩石的异质性,弥补了近场动力学方法在模拟岩石类材料裂纹扩展时无法反应岩石应变软化特性及异质性的不足。利用基于SED准则的近场动力学方法模拟了含有不同倾角单裂纹岩石在单轴压缩条件下的裂纹扩展过程,分析了翼型裂纹、次生共面剪切裂纹及反翼型裂纹扩展的机理。利用提出的方法模拟了含双平行裂纹岩石在单轴压缩条件下的裂纹扩展过程,结果表明预制双平行裂纹岩石破坏可分为3个阶段:翼型裂纹第一次贯通;剪切裂纹第二次贯通形成闭合的破坏环;剪切裂纹形成宏观裂纹引发破坏。最后将本文模拟的结果与前人室内试验及数值模拟的结果对比,以验证方法的有效性,通过对比发现提出的理论可较好的模拟岩石类材料裂纹扩展的过程有着很好的应用前景。 展开更多
关键词 岩石破裂 近场动力学 裂纹扩展 SED准则
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富水地层盾构隧道同步注浆惰性充填材料配比与试验研究 被引量：23
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作者 万泽恩 李树忱 +3 位作者 赵一民 王曼灵 赵世森 周松 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期123-132,共10页
为解决富水地层盾构同步注浆普通单液浆存在的易冲散、留存率低、凝结时间长、输送离析堵管等问题,依托长春地铁2号线西延线盾构隧道工程,开展富水地层盾构隧道同步注浆惰性充填材料配比与试验研究。为兼顾同步注浆管片壁后的高充填与... 为解决富水地层盾构同步注浆普通单液浆存在的易冲散、留存率低、凝结时间长、输送离析堵管等问题,依托长春地铁2号线西延线盾构隧道工程,开展富水地层盾构隧道同步注浆惰性充填材料配比与试验研究。为兼顾同步注浆管片壁后的高充填与浆液在管道中的高流动要求,选择低水泥、高骨料的惰性浆液,并研发一种同步注浆专用充填剂,能够有效减小浆液泌水和离析并加快凝结速度,提高壁后充填强度。试验结果表明,浆液泌水率随充填剂掺量TIR的提高呈现先减小后增大的变化规律,1h后泌水率曲线全部位于泌水合理区IV区的浆液满足工程要求。TIR=1.2%为最优掺入比,TIR过大会增加泌水,同时浆液流动性、凝结速度及早期强度也会得到一定的减弱。通过BC1201E型三维数字视频显微系统对不同龄期的试块进行细观分析,结果表明充填剂可提高浆液的均匀性,减小表面细小孔隙,更有利于管片壁后充填。另外新配比浆液保证现场工程盾构顺利通过风险源地段,最大地表沉降最终控制在12mm以内。 展开更多
关键词 富水地层 盾构同步注浆 专用充填剂 泌水率 充填强度 细观结构
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多孔介质渗流过程的非局部近场动力学模拟方法 被引量：6
7
作者 马鹏飞 李树忱 +3 位作者 王修伟 周慧颖 王曼灵 赵一民 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3147-3156,共10页
在建立近场动力学非局部多孔介质渗透模型的基础上,引入多个可反映非局部作用程度的核函数以提高计算收敛精度,推导不同核函数情况下对应的近场动力学渗透系数,并在二维渗透模型中建立服从威布尔分布的渗透系数及裂隙网络区域渗流来分... 在建立近场动力学非局部多孔介质渗透模型的基础上,引入多个可反映非局部作用程度的核函数以提高计算收敛精度,推导不同核函数情况下对应的近场动力学渗透系数,并在二维渗透模型中建立服从威布尔分布的渗透系数及裂隙网络区域渗流来分别实现多孔介质基质及裂隙非均匀渗流的模型,弥补了经典近场动力学模型无法较好地模拟岩石、土壤等多孔介质非均匀渗流的不足。运用不同的核函数模型对一维渗流问题模拟,分析核函数对结果的影响,结果显示:改进后的模型可以较好地收敛于理论解,且相比其他核函数多项式型核函数收敛精度最高。随后在二维模型中引入多项式型核函数并推导对应二维渗透系数,利用提出的非均质渗流方法对二维不含裂隙及含裂隙渗流过程进行模拟,模拟结果表明:所提出的新模型能够较好地模拟岩石材料非均匀渗流过程,在多孔介质渗流数值模拟方面有较广泛的应用前景。 展开更多
关键词 多孔介质 近场动力学 非局部方法 渗流模拟
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玄武岩相似材料配制及其物理力学参数研究 被引量：7
8
作者 周慧颖 李树忱 +2 位作者 段壮 王曼灵 支斌 《人民长江》 北大核心 2021年第6期130-135,147,共7页
近年来,以白鹤滩水电站为代表,中国工程建设中多次遭遇柱状节理玄武岩这类特殊岩体。在开展地质力学模型试验时,对于柱状节理玄武岩不仅要着重考虑节理面的相关物理力学性质,玄武岩柱体本身相似材料的研究也十分重要。在总结前人经验的... 近年来,以白鹤滩水电站为代表,中国工程建设中多次遭遇柱状节理玄武岩这类特殊岩体。在开展地质力学模型试验时,对于柱状节理玄武岩不仅要着重考虑节理面的相关物理力学性质,玄武岩柱体本身相似材料的研究也十分重要。在总结前人经验的基础上,以α-半水石膏、重晶石粉、石英砂和水为原料设计了正交试验,对不同配比条件下相似材料的物理力学参数进行了测定并开展了敏感性分析。试验结果表明:相似材料的密度受胶骨比影响最为显著,并与胶骨比呈负相关;单轴抗压强度、弹性模量和抗拉强度对水胶比最为敏感,且均在低水胶比条件下各项指标有较大值;各因素与泊松比、凝聚力和内摩擦角存在一定的关系,但在置信度95%时,各因素对其影响均不显著。所制备的相似材料在各组份配比不同的条件下具有较广的指标变化范围,为开展不同柱状节理玄武岩地质力学模型试验奠定了基础。 展开更多
关键词 柱状节理玄武岩 相似材料 地质力学模型试验 正交试验 极差分析 方差分析
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