基于连续-离散耦合方法的边坡稳定性模拟研究

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作者 黄彦华 李明旭 +1 位作者 武世岩 杨超 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期1502-1513,共12页

为探究岩质边坡失稳过程及破坏特征,以实际滑坡为工程背景,采用连续-离散耦合数值方法(FLAC-PFC),结合强度折减法模拟分析坡体变形及离散单元破裂规律。首先,通过地表沉降算例,验证以边界墙为媒介的界面耦合方法能够保证数值模型的力、... 为探究岩质边坡失稳过程及破坏特征,以实际滑坡为工程背景,采用连续-离散耦合数值方法(FLAC-PFC),结合强度折减法模拟分析坡体变形及离散单元破裂规律。首先,通过地表沉降算例,验证以边界墙为媒介的界面耦合方法能够保证数值模型的力、力矩和位移传递的连续性;然后,构建边坡连续-离散耦合数值模型,分别对连续单元和离散单元进行强度参数劣化,验证采用强度折减法进行连续-离散耦合边坡模型稳定性分析的有效性;最后,基于不同强度折减系数下边坡滑移模拟结果,分析边坡坡体位移及裂纹演化规律。研究结果表明,坡体在重力的作用下逐渐出现滑移趋势,坡体表面的位移明显大于坡体内部的位移,在坡脚处出现滑坡堆积体,沿边坡横向的位移变化是边坡失稳的主要表现。在不同强度折减系数下,离散域内颗粒体出现不同程度的破裂,总体表现为滑面上部坡体内单元微裂纹数量较多,且以张拉破坏为主,与少量剪切微裂纹共同形成宏观裂纹,成为离散单元的主破坏面。 展开更多

关键词 岩质边坡 强度折减法 稳定性分析 裂纹演化 连续-离散耦合

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基于三维连续-离散耦合模型的门架式双排抗滑桩受力分析

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作者 沈书拯 江巍 +3 位作者 欧阳晔 谭亿虹 吴剑 陈勇 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第1期84-94,共11页

使用结构力学计算模型分析门架式双排抗滑桩内力变形,由于引入简化假定在实际工程中存在一定局限。依托湖北省巴东县某建筑边坡工程,以FLAC3D和PFC3D为工具建立包含门架式双排抗滑桩结构和边坡的三维连续-离散耦合分析模型,采用重力增... 使用结构力学计算模型分析门架式双排抗滑桩内力变形,由于引入简化假定在实际工程中存在一定局限。依托湖北省巴东县某建筑边坡工程,以FLAC3D和PFC3D为工具建立包含门架式双排抗滑桩结构和边坡的三维连续-离散耦合分析模型,采用重力增加法获取给定安全系数下的门架式双排抗滑桩的内力变形,并通过对比分析明确排距、桩距和桩径对内力变形的影响。研究表明,连续-离散耦合模型可有效获取桩后土体潜在滑移趋势并考虑桩土相互作用。前后排桩弯矩分布呈现“S”型曲线特征,且前排桩承受更大弯矩。前后排桩侧向位移总体上均由桩底向上逐步增大,前排桩略大于后排桩,但由于连梁约束作用前排桩侧向位移在近桩顶处减小。给定安全系数增大会导致前后排桩弯矩增大和侧向位移非线性增长。排距增大后,前排桩桩顶负弯矩增大,前后排桩桩身正弯矩减小、负弯矩增大。桩距增大对桩顶弯矩影响较小,但会导致前后排桩桩身正弯矩和负弯矩均增大。桩径增大后,后排桩桩顶正弯矩增大,前排桩正弯矩和负弯矩均增大,后排桩正弯矩增大而负弯矩减小。 展开更多

关键词 门架式双排抗滑桩 连续-离散耦合模型 重力增加法 弯矩 侧向位移

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基于离散-连续耦合的岩溶隧道防突岩体安全厚度预测 被引量：3

3

作者 晏启祥 刘琛尧 +3 位作者 孙润方 王绪 谢文清 陈耀 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期90-100,共11页

为有效预防岩溶隧道施工中的突涌水灾害,首先,调研近年来国内岩溶隧道突涌水典型案例,总结隧道突涌水形成机理及其影响因素;其次,建立离散-连续耦合模型并采用多元回归理论的方法,明确防突岩体破坏的判定准则,划分岩溶隧道防突岩体破坏... 为有效预防岩溶隧道施工中的突涌水灾害,首先,调研近年来国内岩溶隧道突涌水典型案例,总结隧道突涌水形成机理及其影响因素;其次,建立离散-连续耦合模型并采用多元回归理论的方法,明确防突岩体破坏的判定准则,划分岩溶隧道防突岩体破坏模式并提出裂缝发育规律;然后,基于对防突岩体最小安全厚度造成影响的各因素,针对溶洞位于隧道上方、下方及侧方3种情况分别建立防突岩体最小安全厚度预测计算式;最后,依托德庆隧道工程进行验证。结果表明:防突岩体破坏模式主要有弯折破坏、整体剪切破坏和复合破坏3种,可基于裂隙发展速度将其破坏过程分为初始阶段、快速发育阶段、平缓发育阶段3个阶段;各因素按影响显著程度由大到小依次为溶腔内水压、围岩黏结参数、溶腔跨度、溶腔高跨比和隧道埋深;计算得到德庆隧道3处施工段的防突岩体最小安全厚度分别为2.964,5.263和0.961 m,突涌水评估结果准确。防突岩体最小安全厚度预测计算式可用于预测并评估岩溶隧道突涌水风险。 展开更多

关键词 岩溶隧道 离散-连续耦合模型 防突岩体 破坏模式 安全厚度

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基于三维离散-连续耦合的岩溶隧道突水破坏模式研究 被引量：3

4

作者 刘琛尧 晏启祥 +3 位作者 孙润方 王绪 邓宝华 陈耀 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期163-171,共9页

岩溶隧道在修建的过程中难以避免接近溶腔甚至高承压水溶腔,而突水破坏极易引发安全事故甚至对隧道产生不可逆的影响,因此对岩溶隧道突水破坏模式的研究有利于解决相关安全问题,并对选线安全具有一定参照意义。通过三维离散-连续耦合数... 岩溶隧道在修建的过程中难以避免接近溶腔甚至高承压水溶腔,而突水破坏极易引发安全事故甚至对隧道产生不可逆的影响,因此对岩溶隧道突水破坏模式的研究有利于解决相关安全问题,并对选线安全具有一定参照意义。通过三维离散-连续耦合数值技术,对微观离散颗粒物理、力学参数进行标定并验证,模拟水压作用下下伏溶腔与隧道仰拱之间的防突岩体垮塌过程。根据试验结果将防突岩体的破坏模式分为3类:剪切破坏模式、弯折破坏模式和复合破坏模式。弯折破坏模式表现为防突岩体中部和两端拉伸裂缝呈贯通状;剪切破坏模式表现为防突岩体两端裂缝呈剪切态;复合破坏模式则同时具有二者的共同特性。3种破坏模式所引起的裂缝发育规律相似,均可分为初始发育、快速发育和平缓发育3个阶段。初始发育阶段时防突岩体所存在的裂缝数量较少;维持水压力防突岩体的裂缝数量突增并进入快速发育阶段;而后防突岩体中的裂缝产生贯通效果进入平缓发育阶段,最终防突岩体整体垮塌。由此得出结论:突水破坏在岩溶隧道中是一个渐变的过程,但对岩溶隧道总体安全性有不可逆的影响。 展开更多

关键词 岩溶隧道 突水灾害 防突岩体 离散-连续耦合

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基于三维离散-连续耦合方法的堤防工程渗透变形数值模拟方法 被引量：13

5

作者 倪小东 朱春明 王媛 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第S1期159-165,共7页

针对单独采用连续体法或离散元法分析堤防工程渗透变形的不足,提出了一种三维离散–连续耦合方案用于开展渗流应力耦合分析。采用有限差分法(FLAC)分析全域渗流场,采用离散单元法(PFC)进行渗透变形关键区细观力学分析,依托于ITASCA系列... 针对单独采用连续体法或离散元法分析堤防工程渗透变形的不足,提出了一种三维离散–连续耦合方案用于开展渗流应力耦合分析。采用有限差分法(FLAC)分析全域渗流场,采用离散单元法(PFC)进行渗透变形关键区细观力学分析,依托于ITASCA系列软件的Socket I/O接口,进行二次开发,实现程序间关键信息动态实时交换。首先通过算例验证了该方法的有效性,随后结合相似准则,建立堤防离散-连续耦合模型,对堤防渗透变形问题进行分析,通过对薄弱区复杂水土相互作用进行实时跟踪,可以揭示渗透变形发展过程中系统几何特性和水力特性的非线性动态变化过程和相互影响特性。研究成果表明该三维耦合模型将对大型涉水岩土工程渗透破坏细观研究具有积极的促进作用。 展开更多

关键词 渗透变形 离散-连续耦合分析 宏细观 渗透系数

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基于离散-连续耦合方法的隧道压力拱特性研究 被引量：6

6

作者 高峰 谭绪凯 +2 位作者 陈晓宇 丁其乐 李星 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期218-225,共8页

隧道压力拱问题一直是隧道工程研究的关键问题,目前常用的连续介质数值模拟方法对于隧道压力拱特性的微观研究有所欠缺,而擅长微观力学研究的离散元数值模拟方法对计算机存储空间和计算时间的要求太高。基于现有离散-连续耦合思路,通过... 隧道压力拱问题一直是隧道工程研究的关键问题,目前常用的连续介质数值模拟方法对于隧道压力拱特性的微观研究有所欠缺,而擅长微观力学研究的离散元数值模拟方法对计算机存储空间和计算时间的要求太高。基于现有离散-连续耦合思路,通过力的传递实现离散-连续模型的耦合;研究了耦合算法中的平均应力计算方法、平均应力计算区域面积及耦合程序遍历颗粒方法;基于自行开发优化的离散-连续耦合程序,模拟了隧道开挖后的围岩受力特性,研究了隧道压力拱形成机理及压力拱特性;计算了埋深分别为10 m,14 m,18 m,22 m,26 m,30 m和34 m情况下的隧道开挖产生的压力拱应力集中等效区域,揭示了隧道压力拱随着隧道埋深的变化规律。研究结果表明,自行开发优化的离散-连续耦合程序能在保证计算精度的前提下,充分发挥离散元方法在微观力学研究方面的优势;隧道开挖后,开挖面周边范围出现层状压力环,但在拱顶和仰拱底附近区域的围岩压力环的环间接触力降低,围岩承载能力急剧降低,形成压力拱;随着隧道埋深的增加,隧道压力拱应力集中等效区域减小,隧道周边围岩的压力拱承载能力越来越大;但当隧道埋深达到一定界限后,隧道压力拱高度趋于稳定。 展开更多

关键词 离散-连续耦合模型 隧道压力拱 隧道埋深 压力拱应力集中等效区域 力的传递路径 PFC2D

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基于离散-连续耦合方法的圆砾地层超深地连墙施工力学行为研究 被引量：5

7

作者 申玉生 甘雨航 +4 位作者 资晓鱼 董俊 闵鹏 张逸飞 王进 《建筑科学与工程学报》 CAS 北大核心 2022年第5期251-261,共11页

依托昆明轨道交通4号线火车北站工程(三线换乘站),推导了离散元-有限差分耦合算法,并对圆砾地层中单幅超深(70 m)地下连续墙施工全过程的力学行为展开研究。结果表明:超深地下连续墙成槽施工阶段地层水平应力与竖向应力不同程度下降,槽... 依托昆明轨道交通4号线火车北站工程(三线换乘站),推导了离散元-有限差分耦合算法,并对圆砾地层中单幅超深(70 m)地下连续墙施工全过程的力学行为展开研究。结果表明:超深地下连续墙成槽施工阶段地层水平应力与竖向应力不同程度下降,槽壁向槽内卸荷变形,黏性土层在槽段拐角附近有土拱形成,区域内应力增加,圆砾地层土拱效应不明显;成槽阶段槽壁累计水平变形由大到小依次为圆砾地层、下伏地层、上覆土体,水平最大位移约为15.8 mm,最大地表沉降约为9 mm;在混凝土浇筑阶段,地层应力在混凝土压力挤压作用下均出现不同程度增长,槽壁向槽外反向内挤变形,地表向上隆起变形,并在混凝土硬化阶段逐渐收敛;研究成果应用于实际工程取得了良好成槽效果,可为同类地下连续墙设计施工提供一定参考。 展开更多

关键词 地铁工程 施工力学行为 离散-连续耦合方法 地下连续墙 圆砾地层

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基于连续-离散耦合的边坡稳定性分析研究 被引量：18

8

作者 严琼 吴顺川 +2 位作者 周喻 张铎 宋伟超 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S2期47-56,共10页

以河北省某露天铁矿边坡为工程背景,采用连续-离散耦合数值分析方法,对典型边坡断面进行分步开挖,结合强度折减法,计算分析坡体的变形规律和受力特征。连续、离散网格区域分别采用有限差分FLAC和颗粒离散元PFC进行建模,着重从连续-离散... 以河北省某露天铁矿边坡为工程背景,采用连续-离散耦合数值分析方法,对典型边坡断面进行分步开挖,结合强度折减法,计算分析坡体的变形规律和受力特征。连续、离散网格区域分别采用有限差分FLAC和颗粒离散元PFC进行建模,着重从连续-离散模型的数据一致性,剪应变增量的形成、发展与局部位移的关系,连续-离散介质受力与位移过程,离散体细观破裂与坡体塑性变形等方面,对边坡稳定性的耦合分析方法进行研究,从宏观和细观角度对边坡的失稳机制进行了较为全面的探索。结果表明:(1)计算过程中坡体应力和位移在连续域和离散域保持了较高的一致性,连续-离散耦合分析方法适用于边坡稳定性研究;(2)作为边坡失稳判据的剪应变增量变化过程主要受岩土体水平位移控制;(3)细观破裂机制可有效表征边坡的宏观塑性变形;(4)土体颗粒接触力链的方向改变是土体位移和变形的驱动因素。 展开更多

关键词 边坡 连续-离散耦合 宏细观分析 变形破坏 稳定性 强度折减法

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层状软岩隧道围岩破坏的连续-离散耦合分析 被引量：28

9

作者 徐国文 何川 +1 位作者 汪耀 陈子全 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期966-973,共8页

为了研究层状岩体中隧道开挖后围岩的破坏机理,以汶马高速鹧鸪山隧道为例,基于离散元-有限差分耦合算法,建立了一种新的层状软岩隧道开挖模拟方法,采用该方法对不同地应力场、层理间距等因素影响下围岩的破坏模式进行了数值模拟.研究结... 为了研究层状岩体中隧道开挖后围岩的破坏机理,以汶马高速鹧鸪山隧道为例,基于离散元-有限差分耦合算法,建立了一种新的层状软岩隧道开挖模拟方法,采用该方法对不同地应力场、层理间距等因素影响下围岩的破坏模式进行了数值模拟.研究结果表明:隧道开挖后,应力重分布导致强度较低的层理面首先发生滑移及张开破坏,岩体的滑移及张开使得应力场受到进一步扰动,导致层间岩体产生拉裂破坏;同种水平应力条件下,随着侧压力系数的减小,岩体产生的微裂纹不断增多.当侧压力系数为1.00、0.80、0.67、0.57、0.50时,微裂纹总数分别为304、391、602、999、1 240;当层理间距为0.6 m时,层理对围岩破坏形态起控制作用;随着层理间距从0.6 m增加至1.2 m,层理对围岩破坏模式的控制作用减弱,围岩的破坏形态与均质围岩相似. 展开更多

关键词 层状岩体 软岩 破坏特征 连续-离散耦合分析

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软土地基加筋土挡墙二维离散-连续耦合模拟 被引量：5

10

作者 陈建峰 郑希 +1 位作者 李辉利 周健 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第S2期33-36,共4页

本文对一软土地基上土工格栅反包直立墙面加筋土挡墙进行数值模拟,挡墙部分采用离散元模拟分析,软土地基部分采用有限差分法模拟分析。通过PFC和FLAC的Socket I/O接口,实现二维离散-连续耦合分析。采用该离散-连续耦合方法对静载下加筋... 本文对一软土地基上土工格栅反包直立墙面加筋土挡墙进行数值模拟,挡墙部分采用离散元模拟分析,软土地基部分采用有限差分法模拟分析。通过PFC和FLAC的Socket I/O接口,实现二维离散-连续耦合分析。采用该离散-连续耦合方法对静载下加筋土挡墙的变形、颗粒位移场、土压力分布进行细观分析,并与相似比例模型试验实测结果进行比较,数值模拟结果与实测结果比较一致,表明该耦合分析方法是合理的。 展开更多

关键词 软土地基 加筋土挡墙 离散-连续耦合 模型试验

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基于连续-离散方法的微波照射下花岗岩力学行为与破裂特征 被引量：5

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作者 高亚楠 王云龙 +3 位作者 张垚 蔚立元 邵晓爽 张广凯 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期693-713,共21页

微波辅助破岩具有绿色、低能耗等优点,是有望实现深部煤炭资源开发中硬岩地层高效掘进的技术手段,其机理引发了工程与学术界的关注。基于花岗岩组分矿物微波吸收升温差异,借助连续介质微波电磁分析及离散元力学模型,实现了微观矿物温度... 微波辅助破岩具有绿色、低能耗等优点,是有望实现深部煤炭资源开发中硬岩地层高效掘进的技术手段,其机理引发了工程与学术界的关注。基于花岗岩组分矿物微波吸收升温差异,借助连续介质微波电磁分析及离散元力学模型,实现了微观矿物温度离散赋值,提出了微波照射下花岗岩力学性质的计算分析方法,从温度场分布、力学性质和破坏形态验证了方法的可靠性,揭示了微波照射下花岗岩破裂规律、单/三轴加载条件下的力学行为及破裂机制。计算结果表明:(1)微波照射下,试样出现2个相对低温区域和1个热点区域。在低照射功率(≤2 kW)情况下,试样内部裂纹数量极少;高照射功率(≥3 kW)下,试样内部裂纹以晶粒边界拉伸破坏为主导逐渐发育,并以热点区域为中心向四周延拓形成裂纹网络。(2)对于单轴压缩,试样峰值应力、弹性模量和损伤阈值均随照射功率增加而降低,在高照射功率(≥3 kW)下,力学参数跌落更加明显;当照射功率较高(≥3 kW)时,微波照射后初始裂纹主导了受载试样的裂纹演化,试样呈现沿初始裂纹扩展趋势并出现显著的局部破坏。(3)对于三轴压缩,随照射功率增加,初始围压对试样强度提升效果越发强烈;低照射功率(≤2 kW)下,弹性模量随围压变化不明显,高照射功率(≥3 kW)下,初始围压对弹性模量的提升格外显著;随照射功率增加,围压促进了破碎颗粒的继续承载及应力传递,试样破坏由晶间破坏主导向晶内破坏主导转变,进而引发裂纹网络充分发育,抑制了高功率(≥3 kW)照射产生的局部结构集中破坏。 展开更多

关键词 微波辅助破岩 连续-离散方法 热破裂 力学行为 破裂特征

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基于S型曲线积分函数的离散变量结构优化方法

12

作者 孙蓉 谭涛 李艳艳 《计算力学学报》 北大核心 2025年第3期353-361,共9页

离散变量结构优化设计的结果相较于连续优化设计更加符合工程实际的需求,然而设计变量的不连续性,导致许多有效的解析数学的优化算法和条件不再适用。因此本文提出了一种连续化处理离散变量结构优化设计问题的新函数,称为S型曲线积分函... 离散变量结构优化设计的结果相较于连续优化设计更加符合工程实际的需求,然而设计变量的不连续性,导致许多有效的解析数学的优化算法和条件不再适用。因此本文提出了一种连续化处理离散变量结构优化设计问题的新函数,称为S型曲线积分函数,该函数在自变量取0或1时,函数值为零且函数具有连续光滑的性质。通过引入新的0-1设计变量,离散变量优化设计问题可以转化成等价的0-1规划,令S型曲线积分函数值为零,取代新设计变量取0-1离散值的约束条件,以实现离散变量优化问题的连续化处理。建立起与原问题等价的非线性规划问题的数学模型,用数学规划的方法进行求解,并给出了相应的算法。最后,基于MATLAB数值分析软件计算数值算例和经典桁架结构截面尺寸优化问题,数值结果表明所提方法是有效的且对问题规模不敏感。 展开更多

关键词 离散变量 结构优化 0-1规划 连续化方法 S型曲线积分函数

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正断层错动对围岩-衬砌体系响应影响的离散-连续耦合模拟研究 被引量：13

13

作者 马亚丽娜 崔臻 +2 位作者 盛谦 周光新 王天强 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2088-2097,共10页

震害记录表明,隧洞结构的破坏多发生在围岩质量差和地层条件有较大变化的断层破碎带。为研究断层错动对围岩-隧洞响应特性的影响,提出基于三维离散-连续耦合理论的跨断层隧洞错断分析方法,并将现有室内模型试验引入验证耦合方法正确性... 震害记录表明,隧洞结构的破坏多发生在围岩质量差和地层条件有较大变化的断层破碎带。为研究断层错动对围岩-隧洞响应特性的影响,提出基于三维离散-连续耦合理论的跨断层隧洞错断分析方法,并将现有室内模型试验引入验证耦合方法正确性的对比试验中。基于耦合模型,探索细观裂纹不断聚集形成破裂的过程及剪切带的演化规律,研究跨断层隧洞变形机制及内力响应特征,另外,深入分析了衬砌厚度、衬砌混凝土弹性模量和隧洞上覆土层厚度对隧洞受力变形响应的影响。研究结果显示:拉裂纹在上盘内衬砌底部聚集形成倒三角破裂带,剪裂纹呈条带状集中分布在断层错动面处;同时,衬砌在临近断层剪切面处发生急剧变形,上盘内衬砌顶部受压而底部受拉,下盘内衬砌顶部受拉而底部受压;此外,合理范围内提高衬砌厚度及混凝土弹性模量有利于提高衬砌抵抗变形的能力,埋深较大的隧洞在断层错动条件下易受到围岩保护,从而减小变形破坏的程度。研究结果可以为跨断层隧洞的围岩稳定性评价、隧洞抗错断结构设计提供一定参考。 展开更多

关键词 隧洞 正断层 离散-连续耦合 细观裂纹 受力变形响应

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针对有砟道床动力特性分析的嵌入式离散元-有限元耦合方法 被引量：2

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作者 邵帅 吕泉江 +1 位作者 纪丹阳 严颖 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期180-187,共8页

在离散元-有限元耦合方法中,离散元和有限元交界面处的耦合方式对整体有砟道床的力学行为影响显著。采用基于球形单元的镶嵌单元或粘结单元模拟有砟道床时,由于球形单元和有限单元表面的自锁能力较差,使道砟层在列车载荷作用下容易产生... 在离散元-有限元耦合方法中,离散元和有限元交界面处的耦合方式对整体有砟道床的力学行为影响显著。采用基于球形单元的镶嵌单元或粘结单元模拟有砟道床时,由于球形单元和有限单元表面的自锁能力较差,使道砟层在列车载荷作用下容易产生侧向滑移,导致数值模型不稳定。此外,在实际铁路道床中,底部道砟均不同程度地嵌入路堤。为此,发展了一种嵌入式离散元-有限元耦合方法,通过设置一层嵌入地基有限元模型中的球形颗粒传递离散元域和有限元域间的力学参数,实现离散元和有限元方法的耦合。数值结果表明,嵌入式离散元-有限元耦合模型能够有效降低有砟道床的侧向位移,数值结果更加稳定,在处理与有砟道床类似的连续介质与散体介质的耦合问题时推荐采用嵌入式耦合算法。 展开更多

关键词 有砟道床 离散元方法 有限元方法 离散元-有限元耦合法 动力特性

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考虑单元劈裂的流-固耦合连续-非连续方法及定向水力压裂模拟 被引量：2

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作者 白雪元 王学滨 刘桐辛 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期633-640,共8页

为了更真实地模拟水力压裂过程中的岩石变形、裂缝扩展及流体流动,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法的基础上,发展了一种流-固耦合方法。在该方法中,裂缝可沿四边形单元对角线和单元边界扩展,流体流动满足立方定律... 为了更真实地模拟水力压裂过程中的岩石变形、裂缝扩展及流体流动,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法的基础上,发展了一种流-固耦合方法。在该方法中,裂缝可沿四边形单元对角线和单元边界扩展,流体流动满足立方定律。通过与单一裂缝非稳态渗流模型及KGD模型的理论解进行对比,验证了该方法的正确性。由定向射孔水力压裂的模拟结果可以发现,(1)距离射孔越远,流体压力越小;随着时间的增加,裂缝中流体压力降低。(2)随着射孔角度的增加,裂缝起裂和扩展过程中的流体压力及转向距离增加;随着x方向水平应力的增加,裂缝起裂和扩展过程中的流体压力增加;两个方向水平应力之差越大,裂缝转向距离越小。(3)随着时间的增加,裂缝区段数目的增速变慢,这与裂缝体积增加变快有关。 展开更多

关键词 连续-非连续方法 水力压裂 流-固耦合 射孔角度 水平应力

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基于离散-连续耦合法的埋地管道受荷过程模拟分析

16

作者 侯超群 程一朋 +2 位作者 李永鑫 孙志彬 蒋逍文 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第1期96-103,共8页

为了从宏、细观角度反映出埋地管道管周土体的承载特点,文章采用离散-连续界面耦合数值模型对埋地管道受荷过程进行模拟分析,其中管周填土采用离散单元法进行模拟,埋地管道及原状土基采用有限差分单元法进行模拟。结果表明:随着荷载或... 为了从宏、细观角度反映出埋地管道管周土体的承载特点,文章采用离散-连续界面耦合数值模型对埋地管道受荷过程进行模拟分析,其中管周填土采用离散单元法进行模拟,埋地管道及原状土基采用有限差分单元法进行模拟。结果表明:随着荷载或埋深的增大,管顶受压产生压缩变形,管顶土体发生“压力拱效应”,引起管周土压力重分布;耦合模型水平位移场显示埋地管道在受荷过程中管侧回填土及原状土基能够分担和转移外荷载;管周土体的细观接触力链分布形态与管顶土压力的分布规律形成相互印证。 展开更多

关键词 埋地管道 离散-连续耦合法 接触力链 离散元

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基于有限元/离散元耦合分析方法的含预制裂隙圆形孔洞试样破坏特性数值分析 被引量：6

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作者 冯帆 李夕兵 +1 位作者 李地元 陈冲 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第S2期337-348,共12页

为了揭示结构面作用下深埋高应力硐室围岩的破坏机制,采用有限元/离散元耦合分析方法(FDEM)对含预制裂隙圆形孔洞硬岩试样建立数值模型,研究不同预制裂隙(结构面)位置、长度以及倾角下试样孔洞周边裂纹扩展规律及其力学破坏特性,针对各... 为了揭示结构面作用下深埋高应力硐室围岩的破坏机制,采用有限元/离散元耦合分析方法(FDEM)对含预制裂隙圆形孔洞硬岩试样建立数值模型,研究不同预制裂隙(结构面)位置、长度以及倾角下试样孔洞周边裂纹扩展规律及其力学破坏特性,针对各种情况提出了相应的支护措施。研究发现,(1)在无预制裂隙作用条件下圆形孔洞顶底部首先出现张拉裂纹,随后在孔洞两侧相继出现劈裂裂纹并逐渐贯通,近似于开挖面附近的板裂化破坏;(2)若洞壁一侧存在已揭露裂隙该侧岩体整体呈剪切滑移型破坏,若洞壁一侧存在未揭露裂隙该侧岩体的破坏模式为张拉–剪切型破坏,未揭露预制裂隙试样的破坏程度更为剧烈且更容易诱发岩爆;(3)对于孔洞上方的预制裂隙,无论揭露与否最终都会产生局部性顶板垮落或崩塌;(4)随着预制裂隙长度的增加,圆形孔洞上方岩体由短裂隙时的局部性垮塌最终转变为全局式垮塌;(5)对于孔洞一侧预制裂隙,试样破坏过程所释放的动能(破坏程度)随裂隙倾角的增加呈现先增大后降低的趋势,对于孔洞顶部预制裂隙,试样的破坏剧烈程度随裂隙倾角的增加呈现单调递增趋势。研究结果可为含裂隙或断层岩体地下工程开挖、支护设计及其稳定性分析提供指导。 展开更多

关键词 有限元/离散元耦合分析方法(fdem) 圆形孔洞 预制裂隙 结构面效应 岩爆 数值模拟

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基于连续-非连续分析理论的隧道围岩破坏区判识方法研究 被引量：3

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作者 肖明清 徐晨 +3 位作者 杨剑 吴佳明 付晓东 周永强 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3099-3108,共10页

准确分析隧道挖破坏区的范围对合理确定支护参数有着重要的指导作用和工程意义,主要围绕连续介质分析方法和以有限元-离散元耦合方法(finite element-discrete element coupling method,简称FDEM)为代表的连续-非连续方法开展了隧道围... 准确分析隧道挖破坏区的范围对合理确定支护参数有着重要的指导作用和工程意义,主要围绕连续介质分析方法和以有限元-离散元耦合方法(finite element-discrete element coupling method,简称FDEM)为代表的连续-非连续方法开展了隧道围岩破坏区判识方法研究。研究了连续介质分析方法与FDEM识别围岩破坏的判别标准;将岩体划分为弹性的岩石单元和弹塑性的界面单元,基于等效连续模型的思想,推导了界面单元力学参数与岩石单元及岩体单元力学参数的关系表达式,首次建立这两种方法参数取值的联系,解决了连续-非连续方法取值难的问题;对比了两种方法模拟不同岩性、断面铁路隧道开挖过程中围岩破坏区范围。基于规范中各级围岩的力学参数取值范围,给出了各级围岩下以FDEM中罚参数和断裂能等围岩主要破坏参数的取值范围;FLAC3D为代表的连续介质方法和FDEM两种方法对不同岩性、断面铁路隧道开挖过程模拟结果表明,连续介质方法得出的塑性区和以塑性极限应变得出的破坏区域和连续-非连续方法得出的裂纹扩展区和破坏区在分布范围、形态及破坏形式上基本一致,验证了提出的FDEM围岩破坏参数取值方法是合理可行的。 展开更多

关键词 连续-非连续分析方法 fdem 隧道 破坏区识别 参数取值 连续介质分析方法

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软土地基刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离散连续耦合数值模拟 被引量：17

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作者 陈建峰 张旭 柳军修 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期159-166,共8页

基于软土地基直立刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验,建立离散-连续耦合数值模型,采用离散单元颗粒流程序PFC和有限差分程序FLAC分别模拟加筋土挡墙和软土地基,研究软土地基上刚/柔性组合墙面加筋土挡墙的性状及内、外部稳定性.研... 基于软土地基直立刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离心模型试验,建立离散-连续耦合数值模型,采用离散单元颗粒流程序PFC和有限差分程序FLAC分别模拟加筋土挡墙和软土地基,研究软土地基上刚/柔性组合墙面加筋土挡墙的性状及内、外部稳定性.研究结果表明,数值模拟的挡墙沉降、墙面水平位移、墙底竖向土压力及墙面弯矩与离心模型试验结果吻合较好;挡墙在自重及上覆荷载作用下产生显著的沉降和不均匀沉降,但挡墙整体仍保持稳定,显示该型挡墙具有很好的适应软土地基大变形的能力;自重及上覆荷载作用使得连接件末端位置产生应力集中,导致此处的地基表面沉降最大;上覆荷载作用下,刚性墙面弯矩在墙中处最大,为外侧受拉,而在靠近墙底和墙顶处较小,为内侧受拉;软土地基上该型挡墙稳定性一般为深层滑移外部稳定性,其破坏面由过挡墙底层筋材后缘填土中的朗肯破坏面和地基中的圆弧滑移面组成;该型挡墙内部稳定性表现为随软土地基滑移破坏,挡墙内筋材由下至上依次断裂,形成过底层连接件后缘的朗肯破坏面. 展开更多

关键词 加筋土挡墙 刚/柔性组合墙面 离心模型试验 离散-连续耦合 外部稳定性 内部稳定性

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离散变量结构优化设计的连续化方法 被引量：7

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作者 李兴斯 谭涛 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期26-30,共5页

把离散变量结构优化设计问题转化为一般的0-1规划问题,进一步把该问题转化为一个带有互补约束的优化问题,利用NCP函数,最终得到待以求解的连续优化问题。离散优化到基于NCP函数的连续优化变换在理论上是等价的,可以利用普通的数学规划... 把离散变量结构优化设计问题转化为一般的0-1规划问题,进一步把该问题转化为一个带有互补约束的优化问题,利用NCP函数,最终得到待以求解的连续优化问题。离散优化到基于NCP函数的连续优化变换在理论上是等价的,可以利用普通的数学规划方法实施求解。数值算例的计算结果验证了该连续化方法的可行性与有效性。 展开更多

关键词 离散变量 结构优化 0-1规划 连续化方法 NCP函数

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