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预设V形缺口的单向拉伸岩样变形-开裂过程模拟——基于连续-非连续方法 被引量:6
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作者 王学滨 陈忠元 +2 位作者 郭瑞 郭翔 芦伟男 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2018年第2期209-215,共7页
利用自主开发的连续-非连续方法,通过在岩样左、右两侧预设V形缺口,开展了拉伸位移控制加载条件下岩样变形-开裂过程的数值模拟研究。研究发现:在节点分离前,最大主应力集中于V形缺口尖端附近;在节点分离后,最大主应力集中于裂缝尖端附... 利用自主开发的连续-非连续方法,通过在岩样左、右两侧预设V形缺口,开展了拉伸位移控制加载条件下岩样变形-开裂过程的数值模拟研究。研究发现:在节点分离前,最大主应力集中于V形缺口尖端附近;在节点分离后,最大主应力集中于裂缝尖端附近;岩样中节点分离是由外及里逐渐发生;由于岩样内部一定尺寸弹性核心的存在,即使岩样发生少许节点分离,岩样承载能力也不会下降,但刚度会劣化;在节点分离不久,分离节点的法向张开度和法向力均呈现一定的非线性,这可能与分离节点周围单元应力分布不均匀和未考虑切向力等因素有关;网格加密后,V形缺口的尺寸相应降低,这导致载荷-位移曲线的峰值提升,该曲线的峰前和峰后部分变陡;分离节点的法向张开度和法向黏聚力随时间的演变曲线几乎不存在网格依赖性。对文中的多种数值结果的正确性进行了检验。 展开更多
关键词 单向拉伸 网格依赖性 V形缺口 开裂过程 载荷—位移曲线
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单层采动诱发长壁开采水平岩层开裂、冒落过程模拟——基于连续-非连续方法 被引量:9
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作者 王学滨 郭翔 +1 位作者 芦伟男 齐大雷 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2018年第1期1-6,共6页
提出了一种适于模拟准脆性材料(岩石、混凝土等)变形、开裂、接触、摩擦及转动的连续-非连续方法。开展了单层采动诱发长壁开采水平岩层开裂、冒落过程的数值模拟研究。研究发现,在工作面推进过程中,顶板不断离层和开裂,开裂后岩块不... 提出了一种适于模拟准脆性材料(岩石、混凝土等)变形、开裂、接触、摩擦及转动的连续-非连续方法。开展了单层采动诱发长壁开采水平岩层开裂、冒落过程的数值模拟研究。研究发现,在工作面推进过程中,顶板不断离层和开裂,开裂后岩块不断冒落,采空区和工作面上方的垂直应力低值区呈梯形,其尺寸不断增加,直至稳定;在垂直应力梯形低值区两个腰的位置及其顶部一定范围内,裂隙较为发育,垂直应力梯形低值区其余位置的裂隙被重新压实;在梯形低值区两个腰的位置,开裂后岩块倾斜排列,形如砌体;如果将每次工作面推进长度及每两次开采间隔的时步数目均翻番,则顶板冒落变晚,垂直应力梯形低值区的对称性变好,该差异根源于非线性动力学系统对于加/卸载历史的依赖性。在目前的模拟中,未考虑剪裂和液压支架的作用。 展开更多
关键词 采动 岩层 开裂 冒落 连续-非连续方法 顶板 长壁开采
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拉格朗日元与虚拟裂缝模型耦合方法及准脆性材料拉伸试验模拟 被引量:7
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作者 王学滨 白雪元 +1 位作者 祝铭泽 芦伟男 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1367-1373,I0008,共8页
利用自主开发的拉格朗日元与虚拟裂缝模型耦合的连续-非连续方法,模拟了拉伸位移控制加载条件下正方形岩样的变形-开裂过程,推导了位移控制加载条件下矩形岩样的载荷-位移曲线峰后斜率的解析式,其依赖于岩样的几何尺寸和力学参数(弹性... 利用自主开发的拉格朗日元与虚拟裂缝模型耦合的连续-非连续方法,模拟了拉伸位移控制加载条件下正方形岩样的变形-开裂过程,推导了位移控制加载条件下矩形岩样的载荷-位移曲线峰后斜率的解析式,其依赖于岩样的几何尺寸和力学参数(弹性模量、泊松比、抗拉强度和断裂能),还模拟了压缩位移控制加载条件下巴西圆盘岩样的变形-开裂过程。结果表明:对于正方形岩样,随着加载的进行,最大主应力分布较为均匀,呈先上升后下降趋势,直至真实裂缝出现;岩样端部的载荷、允许开裂位置上节点的法向力和法向张开度随时间或时步数目的演变规律均呈现3个相对应的阶段;不同网格尺寸的结果基本不具有网格依赖性。对于圆盘岩样,无论网格疏密,裂缝带均由圆盘中心向圆盘两端扩展,直至贯穿圆盘;随着单元数目的增加,裂缝带宽度有减小趋势;网格疏密对计算得到的抗拉强度几乎没有影响。 展开更多
关键词 单轴拉伸 巴西圆盘 开裂过程 网格依赖性 载荷-位移曲线 最大主应力 节点分离
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静水压力条件下开挖直径及卸荷时间对巷道围岩变形-开裂影响的连续-非连续方法模拟 被引量:5
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作者 王学滨 芦伟男 +1 位作者 钱帅帅 白雪元 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1841-1848,I0032,共9页
以自主开发的拉格朗日元与变形体离散元耦合的连续-非连续方法为基础,引入Ⅱ型断裂能,用以模拟剪切开裂现象,并通过直接剪切实验对方法的正确性予以验证。在静水压力条件下,开展了关于巷道开挖直径、开挖卸荷时间对巷道围岩变形及开裂... 以自主开发的拉格朗日元与变形体离散元耦合的连续-非连续方法为基础,引入Ⅱ型断裂能,用以模拟剪切开裂现象,并通过直接剪切实验对方法的正确性予以验证。在静水压力条件下,开展了关于巷道开挖直径、开挖卸荷时间对巷道围岩变形及开裂过程影响的数值模拟研究。研究结果表明:岩样上端面平均剪应力-水平位移曲线的峰值随着Ⅱ型断裂能的增加而增加,且岩样脆性降低;随着时步数的增加,多条剪裂纹自巷道周边向围岩内部扩展,部分剪裂纹相互交叉而形成Ⅴ形坑,最终使围岩处于不平衡或趋于平衡的状态;在此过程中剪裂纹时而扩展,时而基本停滞,并在一些位置呈间隔排列;随着开挖直径的减小,Ⅴ形坑的最大深度减小,剪裂纹区段数目及平行的剪裂纹数目均减少,当开挖直径较小时,模型最终趋于平衡;开挖卸荷时间不同,巷道围岩开裂呈现一定的规律性和复杂性。 展开更多
关键词 连续-非连续方法 静水压力 开挖卸荷 巷道直径 剪切开裂 Ⅴ形坑
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开采与均布载荷条件下无粘结双层叠梁变形-开裂-垮落的数值模拟 被引量:4
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作者 王学滨 白雪元 +1 位作者 侯文腾 芦伟男 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1326-1332,1424,1425,共9页
采用已开发的拉格朗日元方法、变形体离散元方法及虚拟裂纹模型耦合的连续-非连续方法,开展了开采及均布载荷条件下无粘结双层叠梁变形-开裂-垮落的数值模拟研究,研究了开采间隔(可比拟开采速度)、均布载荷(可比拟开采深度)及单梁叠放... 采用已开发的拉格朗日元方法、变形体离散元方法及虚拟裂纹模型耦合的连续-非连续方法,开展了开采及均布载荷条件下无粘结双层叠梁变形-开裂-垮落的数值模拟研究,研究了开采间隔(可比拟开采速度)、均布载荷(可比拟开采深度)及单梁叠放顺序的影响。叠梁由上软下硬或上硬下软两单梁构成。研究发现:随着开采间隔的增加,叠梁的位移值先增加后基本不变,首次开裂对应的开采距离减小,开裂位置增多,但增速变慢;随着均布载荷的增加,在开采过程中,叠梁先后呈现出弹性变形、开裂及垮落,离层变得不明显,叠梁的位移值增大,但不超过采高,首次开裂对应的开采距离减小,开裂位置有增多的趋势。当均布载荷较小时,上硬下软叠梁的开裂位置多于上软下硬叠梁的;但当均布载荷较大时,二者大小不确定,这反映了叠梁开裂后岩块之间复杂的相互作用。当均布载荷较大时,单梁叠放顺序的影响变小。 展开更多
关键词 双层叠梁 无粘结 均布载荷 采动 离层 开裂 垮落 开采间隔
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基于微极亚塑性本构的地基沉降模拟
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作者 芦伟男 李学丰 《地基处理》 2023年第2期121-125,151,共6页
本文基于ABAQUS开发的微极亚塑性本构模型有限元程序,模拟了砂土的平面应变试验和地基沉降变形。结合微极理论特有的内部尺度参数,分析了该参数对局部变形规律、剪切带角度和厚度等特征的影响。通过提取地基模型剪切带内外单元的微极转... 本文基于ABAQUS开发的微极亚塑性本构模型有限元程序,模拟了砂土的平面应变试验和地基沉降变形。结合微极理论特有的内部尺度参数,分析了该参数对局部变形规律、剪切带角度和厚度等特征的影响。通过提取地基模型剪切带内外单元的微极转动特征,分析了地基沉降和剪切带的变化规律。结果表明,微极理论的引入使得亚塑性本构模型可以更好地捕获应变局部化现象以及研究剪切带的宽度和倾角。微极理论包含单元的旋转自由度可以用来研究剪切带的旋转方向。地基沉降变形的研究发现,剪切带内单元的旋转方向随着剪切带深度的增加而交替变化。剪切带条数和宽度均受到内部长度的影响。地基模型中内部长度越大,剪切带宽度增加,剪切带条数减少。砂土的平面应变试验表明,剪切带宽度与内部长度线性相关,剪切带宽度近似为内部长度的11.6倍。 展开更多
关键词 地基 有限元 亚塑性 微极理论 数值模拟
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