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本项目以土石混合体滑坡为工程背景,以土石混合体细观结构模型的三维离散元建模方法为重点,采用物理试验和数值模拟等研究手段对土石混合体的变形破坏机理进行了研究。首先,开发了一种不规则颗粒三维离散元精细模拟技术,并引入分子-机械摩擦理论开发建立了适用于不规则颗粒接触模拟的三维不规则颗粒离散元数值分析系统;其次,开展了土石混合体室内大型三轴试验和大型直剪试验研究,对比分析了无胶结土石混合体和胶结土石混合体的力学特性和破坏模式,并研究了块石含量和形状对胶结土石混合体宏观力学特性的影响;然后,提出了一种简单实用的不规则块石三维几何模型建模方法,基于不规则颗粒三维离散元精细建模方法建立了不规则块石的三维离散元模型,引入拟振动压实法建立了土石混合体三维离散元模型,提出了用于三轴试验侧向柔性薄膜模拟的改进堆叠墙法,开展了一系列土石混合体大型三轴试验三维离散元数值模拟研究,从细观水平上揭示了土石混合体的变形破坏机理;最后,提出了基于土工离心模型试验基本原理和土石混合体细观结构相对性的土石混合体边坡三维离散元建模方法,引入颗粒流强度折减法并进行改进,分析了不同含石量、不同空间结构和不同空间形态等因素对土石混合体边坡稳定性和破坏机理的影响。另外,还进行了土石混合体大型直剪试验有限元数值模拟以及土石混合体边坡稳定性有限元分析的平行研究。获得的重要结果包括:(1) 提出的一整套三维离散元模拟方法能够再现土石混合体的主要细观结构特征和宏观力学行为;(2) 胶结土石混合体和无胶结土石混合体的强度、变形及破坏模式等均有显著的差别,应分别进行研究;(3) 土石混合体的抗剪强度取决于内部块石骨架机构效应和基质胶结效应两个方面的综合作用;(4) 块石含量、块石形状、块石定向性排列、应力水平和应力路径等多种内外因素都对土石混合体的力学特性有不同程度的影响,且具有一定的交互作用;(5) 一定含量较大块石的存在使得土石混合体边坡的应力场和破坏模式均发生了明显的改变,从而其稳定性也发生变化,不同空间结构和不同空间形态的土石混合体边坡的破坏模式和稳定性也有显著差异。 研究成果显著推动土石混合体力学理论体系的发展,有利于更加深入掌握土石混合体的宏细观力学特性和变形破坏机理,为土石混合体滑坡等地质灾害的防治提供了科学依据,所提出的一整套不规则块石和土石混合体三维离散元建模技术也可为其他岩土等颗粒材料研究提供借鉴。 2100433B
地球上绝大多数滑坡体都是由土石混合体构成的,研究土石混合体变形破坏机理对于防治地质灾害具有重要的社会经济意义。土石混合体由土和块石构成,具有复杂的细观结构,而目前对其研究大多沿用均质土体的研究方法,不能从细观层面揭示土石混合体变形破坏机理。本项目拟以土石混合体边、滑坡为工程背景,开展土石混合体变形破坏机理的三维离散元精细模拟研究。首先针对土石混合体中不规则块石体,利用CT扫描技术,获取典型不规则外形块石体的三维几何网格数据,并提出一种基于该网格数据的块石体精细建模方法;其次根据土石混合体物性特征,生成不同的土石混合体模型,并在PFC3D数值平台中引入分子-摩擦理论,开发相应的颗粒离散元数值分析系统;再次结合室内剪切试验和三轴压缩试验,开展数值仿真,通过追踪特定块石体受力演化过程和运动轨迹,从细观角度揭示土石混合体变形破坏机理;最后结合具体工程,初步实现土石混合体边坡变形破坏机理的精细模拟。
破坏机制:破坏的体制或体系,比方土体破坏机制是分弹性段、应变硬化段、应变软化段,这个是体系的破坏。 破坏机理:破坏的理由和道理,比方土体破换机理是土内剪应力超过土的抗剪强度。 个人认为是这样的。
硬化后的混凝土在未受外力作用之前,由于水泥水化造成的化学收缩和物理收缩引起砂浆体积的变化,在粗骨料与砂浆界面上产生了分布不极不均匀的拉应力,它足以破坏粗骨料与砂浆的界面,形成许多分布很乱的界面裂缝。另...
做这个模拟主要还是利用一些大型的CAD/CAE软件,比如说UG、PRO/E、CATIA等,当然需要加相应的流体模块,通用的软件是不包括的。UG、PRO/E等擅长的是 CAD和C...
碎石土隧道自稳性的三维离散元分析
随着国家对基础设施建设投资力度的不断加大,一些需要穿越碎石土体的隧道不断涌现。针对铁路、公路建设中遇到的碎石土隧道的自稳问题,利用改进后的三维离散元模型及编制的计算软件,对碎石土隧道的自稳性进行了模拟分析,探讨了粒径与隧道自稳性之间的关系,研究了粒径分别为0.1,0.2,0.35,0.5,1,2m等碎石土隧道能够自稳时的最大跨度,并模拟分析了碎石土隧道塌落量与跨度之间的关系。使用的方法和得出的结论对类似工程有一定的参考意义。
碎石土隧道自稳性的三维离散元分析
碎石土隧道自稳性的三维离散元分析——随着国家对基础设施建设投资力度的不断加大,一些需要穿越碎石土体的隧道不断涌现。针对铁路、公路建设中遇到的碎石土隧道的自稳问题,利用改进后的三维离散元模型及编制的计算软件,对碎石土隧道的自稳性进行了模拟分析,...
前言
第1章绪论
第2章土石混合体分布、地质成因及其结构特征
第3章土石混合体结构模型的建立
第4章土石混合体的现场原位试验研究
第5章土石混合体物理模拟试验及其力学结构效应
第6章土石混合体变形破坏机理的颗粒流离散元数值分析
第7章土石混合体单轴压缩试验的数值模拟
第8章土石混合体变形强度特性的有限差分分析
第9章土石混合体原位试验的数值模拟研究
第10章土石混合体细观变形破坏的CT试验研究
第11章土石混合体强度影响因素分析与质量评价
第12章土石混合体边坡的稳定性研究
第13章固-流-热耦合数学模型及其数值求解研究
第14章土石混合体的渗流特性及其固流耦合特性
第15章大渡河双江口土石混合体坝基的渗透稳定性分析
《新世纪工程地质学丛书》出版说明 2100433B
离散元法是专门用来解决不连续介质问题的数值模拟方法。该方法把节理岩体视为由离散的岩块和岩块间的节理面所组成,允许岩块平移、转动和变形,而节理面可被压缩、分离或滑动。因此,岩体被看作一种不连续的离散介质。其内部可存在大位移、旋转和滑动乃至块体的分离,从而可以较真实地模拟节理岩体中的非线性大变形特征。离散元法的一般求解过程为:将求解空间离散为离散元单元阵,并根据实际问题用合理的连接元件将相邻两单元连接起来;单元间相对位移是基本变量,由力与相对位移的关系可得到两单元间法向和切向的作用力;对单元在各个方向上与其它单元间的作用力以及其它物理场对单元作用所引起的外力求合力和合力矩,根据牛顿运动第二定律可以求得单元的加速度;对其进行时间积分,进而得到单元的速度和位移。从而得到所有单元在任意时刻的速度、加速度、角速度、线位移和转角等物理量。
离散元技术在岩土、矿冶、农业、食品、化工、制药和环境等领域有广泛地应用,可分为分选、凝聚、混合、装填和压制、推铲、储运、粉碎、爆破、流态化等过程。颗粒离散元法在上述领域均有不少应用:料仓卸料过程的模拟;堆积、装填和压制;颗粒混合过程的模拟。离散元法在岩土工程、地质工程和能源开采领域也具有广泛的应用价值。