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非連續(xù)變形分析——研究與應(yīng)用(下冊(cè)) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030697899
- 條形碼：9787030697899 ; 978-7-03-069789-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類：>
非連續(xù)變形分析——研究與應(yīng)用(下冊(cè)) 本書(shū)特色
本書(shū)作者自1995年開(kāi)始學(xué)習(xí)DDA，隨后帶領(lǐng)學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)做了大量研究開(kāi)發(fā)及應(yīng)用工作。
非連續(xù)變形分析——研究與應(yīng)用(下冊(cè)) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
全書(shū)分為上下冊(cè)，本冊(cè)分為方法改進(jìn)和功能擴(kuò)展部分，主要闡述了DDA方法在圓形單元、高階位移模式、方程求解效率、接觸搜索算法等方面的改進(jìn)，裂隙滲流模擬、蠕變變形模擬等實(shí)用功能的擴(kuò)展和計(jì)算參數(shù)取值的討論，對(duì)近年來(lái)相關(guān)成果進(jìn)行了較為系統(tǒng)全面的總結(jié)，使讀者可以更快地了解到該方法的研究現(xiàn)狀和學(xué)術(shù)前沿。以及應(yīng)用部分，主要介紹了DDA方法在若干工程中的應(yīng)用，重點(diǎn)講解了DDA在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用方法、應(yīng)用步驟和應(yīng)用效果，可以對(duì)使用DDA方法的水利水電、煤炭、采礦、機(jī)械、地質(zhì)、巖土等若干行業(yè)的工程設(shè)計(jì)人員提供重要參考，使讀者遇到類似工程時(shí)可以直接套用。
非連續(xù)變形分析——研究與應(yīng)用(下冊(cè)) 目錄
目錄
前言
主要符號(hào)表
第7章 開(kāi)裂與破碎 1
7.1 虛擬節(jié)理法 1
7.1.1 基于虛擬節(jié)理的模擬方法 1
7.1.2 虛擬節(jié)理的設(shè)置 2
7.1.3 算例及討論 5
7.2 塊體的開(kāi)裂 7
7.2.1 開(kāi)裂準(zhǔn)則 7
7.2.2 開(kāi)裂方向及位置 9
7.3 算例 11
7.4 本章小結(jié) 14
參考文獻(xiàn) 14
第8章 接觸的改進(jìn) 15
8.1 引言 15
8.2 接觸搜索的改進(jìn)——\角平分線" 法 16
8.2.1 方法介紹 16
8.2.2 程序?qū)崿F(xiàn) (基于 2002 版 dfb.c) 19
8.3 接觸剛度與接觸長(zhǎng)度相關(guān)性 25
8.3.1 接觸長(zhǎng)度相關(guān)剛度法 25
8.3.2 程序?qū)崿F(xiàn) 28
8.4 非線性接觸剛度模型 28
8.4.1 分段線性接觸剛度模型 28
8.4.2 指數(shù)接觸剛度模型 31
8.4.3 程序?qū)崿F(xiàn) 33
8.5 拉格朗日乘子法 33
8.6 增廣拉格朗日法 35
8.6.1 基本公式 35
8.6.2 迭代收斂準(zhǔn)則 37
8.6.3 程序?qū)崿F(xiàn) 38
8.7 增廣拉格朗日與指數(shù)接觸剛度模型相結(jié)合的混合法 40
8.8 算例 41
8.9 本章小結(jié) 43
參考文獻(xiàn) 44
第9章 功能擴(kuò)充與改進(jìn) 45
9.1 填筑、開(kāi)挖與支護(hù) 45
9.1.1 填筑 45
9.1.2 開(kāi)挖 46
9.1.3 支護(hù) 47
9.1.4 錨桿與錨索 48
9.1.5 程序?qū)崿F(xiàn) 49
9.2 約束的改進(jìn) 54
9.3 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 55
9.3.1 不允許滑動(dòng)面局部屈服的安全系數(shù) 55
9.3.2 允許局部屈服時(shí)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 58
9.3.3 不允許強(qiáng)度軟化時(shí)抗滑穩(wěn)定計(jì)算 59
9.3.4 基于接觸力矢量和的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 61
9.3.5 程序?qū)崿F(xiàn) 62
9.4 超載與降強(qiáng) 66
9.5 算例 70
9.6 本章小結(jié) 73
參考文獻(xiàn) 74
第10章 裂隙滲流與變形的耦合分析 75
10.1 引言 75
10.2 裂隙滲流模擬 76
10.2.1 廣義達(dá)西定律 76
10.2.2 裂隙閉合及張開(kāi)時(shí)的過(guò)流面計(jì)算 79
10.2.3 恒定裂隙滲流有限元法 81
10.2.4 非恒定裂隙滲流 86
10.3 裂隙滲流與變形的耦合模擬 90
10.3.1 裂隙滲壓對(duì)塊體變形的影響——分布水壓荷載 91
10.3.2 考慮塊體變形的裂隙滲流 92
10.4 程序?qū)崿F(xiàn) 93
10.4.1 裂隙滲流計(jì)算所需數(shù)據(jù)的輸入和生成 93
10.4.2 程序?qū)崿F(xiàn) 96
10.5 驗(yàn)證與算例 97
10.6 本章小結(jié) 102
參考文獻(xiàn) 103
第11章 蠕變的模擬 104
11.1 引言 104
11.2 蠕變模型 105
11.2.1 蠕變特性 105
11.2.2 常用蠕變模型 106
11.2.3 非線性蠕變模型 115
11.3 蠕變的 DDA 模擬 116
11.3.1 巖體構(gòu)造面受力與蠕變特點(diǎn) 116
11.3.2 蠕變應(yīng)變的遞推算法 118
11.3.3 塊體的蠕變計(jì)算 122
11.3.4 構(gòu)造面的蠕變計(jì)算 123
11.4 算例 126
11.4.1 算例 11-1 126
11.4.2 算例 11-2 128
11.4.3 算例 11-3 130
11.5 本章小結(jié) 131
參考文獻(xiàn) 132
第12章 參數(shù)研究 133
12.1 DDA 計(jì)算使用的參數(shù) 133
12.2 靜力計(jì)算模式的參數(shù)取值 135
12.2.1 DDA 靜力方程 135
12.2.2 允許*大位移比 g2 137
12.2.3 時(shí)間步長(zhǎng) 143
12.2.4 法向彈簧剛度 g0 與切向剛度的比值 h2 151
12.2.5 開(kāi)閉判斷容差系數(shù) f0 158
12.3 動(dòng)力計(jì)算模式的參數(shù)取值 164
12.3.1 時(shí)間步長(zhǎng) 164
12.3.2 碰撞問(wèn)題的參數(shù)取值 173
12.4 本章小結(jié) 182
參考文獻(xiàn) 183
第13章 傾倒變形及破壞的模擬 184
13.1 引言 184
13.2 DDA 模擬與 Goodman-Bray 法的比較 187
13.2.1 Goodman-Bray 法 187
13.2.2 對(duì) Goodman-Bray 法的幾點(diǎn)改進(jìn) 189
13.2.3 Hoek-Bray 算例的 DDA 模擬 189
13.3 DDA 模擬與實(shí)驗(yàn)的比較 191
13.3.1 石膏模型離心機(jī)實(shí)驗(yàn) 191
13.3.2 塑料樂(lè)高塊傾倒模型離心機(jī)實(shí)驗(yàn) 195
13.4 考慮局部破碎的傾倒破壞 DDA 模擬 200
13.5 考慮巖橋開(kāi)裂反傾倒破壞的 DDA 模擬及與實(shí)驗(yàn)的比較 201
13.6 本章小結(jié) 204
參考文獻(xiàn) 205
第14章 散粒體的數(shù)值模擬 206
14.1 砂性土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 206
14.1.1 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 206
14.1.2 受力與變形特性及細(xì)觀機(jī)理 208
14.2 粗粒料大型三軸實(shí)驗(yàn)的 DDA 模擬 214
14.2.1 模型 214
14.2.2 計(jì)算條件 216
14.2.3 單調(diào)加載的 DDA 模擬及與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較 217
14.2.4 反復(fù)荷載作用下的分析結(jié)果及與實(shí)驗(yàn)的比較 219
14.3 鐵路路基受力特性的模擬 220
14.3.1 計(jì)算模型和條件 220
14.3.2 反復(fù)荷載作用下的荷載{變形曲線 223
14.3.3 反復(fù)加卸載時(shí)的塑性變形 224
14.3.4 反復(fù)荷載作用下枕木的支撐狀態(tài) 224
14.3.5 反復(fù)荷載時(shí)道床石子的移動(dòng) 225
14.4 落石的模擬 226
14.5 本章小結(jié) 230
參考文獻(xiàn) 230
第15章 邊坡穩(wěn)定分析及失穩(wěn)模擬 231
15.1 引言 231
15.2 Sarma 法簡(jiǎn)介 231
15.3 典型算例——DDA 與 Sarma 法的比較 237
15.4 三峽大壩三號(hào)壩段深層抗滑穩(wěn)定分析——Sarma 法與 DDA 的比較 243
15.4.1 Sarma 法計(jì)算結(jié)果 243
15.4.2 DDA 計(jì)算結(jié)果 245
15.5 武都水庫(kù)大壩深層抗滑穩(wěn)定分析 258
15.5.1 大壩及基礎(chǔ)構(gòu)造面 258
15.5.2 Sarma 法計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)介 263
15.5.3 基于有限元應(yīng)力的剛體極限平衡法的計(jì)算結(jié)果 265
15.5.4 DDA 計(jì)算結(jié)果 268
15.5.5 不同方法深層抗滑穩(wěn)定分析結(jié)果比較 274
15.6 日本長(zhǎng)井重力壩抗滑穩(wěn)定分析——DDA 與有限元比較 275
15.7 本章小結(jié) 279
參考文獻(xiàn) 279
第16章 水對(duì)巖質(zhì)邊坡變形影響的模擬 281
16.1 引言 281
16.2 水對(duì)巖質(zhì)邊坡傾倒變形影響機(jī)理分析 ——Hoek-Bray 模型 282
16.2.1 無(wú)傾倒變形時(shí)的受力分析 283
16.2.2 不同摩擦角時(shí)的變形模式及穩(wěn)定性 285
16.2.3 水對(duì)巖質(zhì)邊坡傾倒變形與穩(wěn)定的影響 286
16.2.4 水對(duì)傾倒變形影響的機(jī)理分析 290
16.2.5 小結(jié) 290
16.3 意大利瓦依昂特高拱壩近壩庫(kù)岸大滑坡的 DDA 模擬 291
16.3.1 情況簡(jiǎn)介及基本資料 291
16.3.2 基本資料 296
16.3.3 參數(shù)反演 298
16.3.4 蓄水觸發(fā)瓦依昂滑坡的 DDA 模擬 309
16.3.5 小結(jié) 317
16.4 日本北海道豐濱隧道垮塌的模擬 318
16.5 本章小結(jié) 323
參考文獻(xiàn) 323
前言
主要符號(hào)表
第7章 開(kāi)裂與破碎 1
7.1 虛擬節(jié)理法 1
7.1.1 基于虛擬節(jié)理的模擬方法 1
7.1.2 虛擬節(jié)理的設(shè)置 2
7.1.3 算例及討論 5
7.2 塊體的開(kāi)裂 7
7.2.1 開(kāi)裂準(zhǔn)則 7
7.2.2 開(kāi)裂方向及位置 9
7.3 算例 11
7.4 本章小結(jié) 14
參考文獻(xiàn) 14
第8章 接觸的改進(jìn) 15
8.1 引言 15
8.2 接觸搜索的改進(jìn)——\角平分線" 法 16
8.2.1 方法介紹 16
8.2.2 程序?qū)崿F(xiàn) (基于 2002 版 dfb.c) 19
8.3 接觸剛度與接觸長(zhǎng)度相關(guān)性 25
8.3.1 接觸長(zhǎng)度相關(guān)剛度法 25
8.3.2 程序?qū)崿F(xiàn) 28
8.4 非線性接觸剛度模型 28
8.4.1 分段線性接觸剛度模型 28
8.4.2 指數(shù)接觸剛度模型 31
8.4.3 程序?qū)崿F(xiàn) 33
8.5 拉格朗日乘子法 33
8.6 增廣拉格朗日法 35
8.6.1 基本公式 35
8.6.2 迭代收斂準(zhǔn)則 37
8.6.3 程序?qū)崿F(xiàn) 38
8.7 增廣拉格朗日與指數(shù)接觸剛度模型相結(jié)合的混合法 40
8.8 算例 41
8.9 本章小結(jié) 43
參考文獻(xiàn) 44
第9章 功能擴(kuò)充與改進(jìn) 45
9.1 填筑、開(kāi)挖與支護(hù) 45
9.1.1 填筑 45
9.1.2 開(kāi)挖 46
9.1.3 支護(hù) 47
9.1.4 錨桿與錨索 48
9.1.5 程序?qū)崿F(xiàn) 49
9.2 約束的改進(jìn) 54
9.3 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 55
9.3.1 不允許滑動(dòng)面局部屈服的安全系數(shù) 55
9.3.2 允許局部屈服時(shí)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 58
9.3.3 不允許強(qiáng)度軟化時(shí)抗滑穩(wěn)定計(jì)算 59
9.3.4 基于接觸力矢量和的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 61
9.3.5 程序?qū)崿F(xiàn) 62
9.4 超載與降強(qiáng) 66
9.5 算例 70
9.6 本章小結(jié) 73
參考文獻(xiàn) 74
第10章 裂隙滲流與變形的耦合分析 75
10.1 引言 75
10.2 裂隙滲流模擬 76
10.2.1 廣義達(dá)西定律 76
10.2.2 裂隙閉合及張開(kāi)時(shí)的過(guò)流面計(jì)算 79
10.2.3 恒定裂隙滲流有限元法 81
10.2.4 非恒定裂隙滲流 86
10.3 裂隙滲流與變形的耦合模擬 90
10.3.1 裂隙滲壓對(duì)塊體變形的影響——分布水壓荷載 91
10.3.2 考慮塊體變形的裂隙滲流 92
10.4 程序?qū)崿F(xiàn) 93
10.4.1 裂隙滲流計(jì)算所需數(shù)據(jù)的輸入和生成 93
10.4.2 程序?qū)崿F(xiàn) 96
10.5 驗(yàn)證與算例 97
10.6 本章小結(jié) 102
參考文獻(xiàn) 103
第11章 蠕變的模擬 104
11.1 引言 104
11.2 蠕變模型 105
11.2.1 蠕變特性 105
11.2.2 常用蠕變模型 106
11.2.3 非線性蠕變模型 115
11.3 蠕變的 DDA 模擬 116
11.3.1 巖體構(gòu)造面受力與蠕變特點(diǎn) 116
11.3.2 蠕變應(yīng)變的遞推算法 118
11.3.3 塊體的蠕變計(jì)算 122
11.3.4 構(gòu)造面的蠕變計(jì)算 123
11.4 算例 126
11.4.1 算例 11-1 126
11.4.2 算例 11-2 128
11.4.3 算例 11-3 130
11.5 本章小結(jié) 131
參考文獻(xiàn) 132
第12章 參數(shù)研究 133
12.1 DDA 計(jì)算使用的參數(shù) 133
12.2 靜力計(jì)算模式的參數(shù)取值 135
12.2.1 DDA 靜力方程 135
12.2.2 允許*大位移比 g2 137
12.2.3 時(shí)間步長(zhǎng) 143
12.2.4 法向彈簧剛度 g0 與切向剛度的比值 h2 151
12.2.5 開(kāi)閉判斷容差系數(shù) f0 158
12.3 動(dòng)力計(jì)算模式的參數(shù)取值 164
12.3.1 時(shí)間步長(zhǎng) 164
12.3.2 碰撞問(wèn)題的參數(shù)取值 173
12.4 本章小結(jié) 182
參考文獻(xiàn) 183
第13章 傾倒變形及破壞的模擬 184
13.1 引言 184
13.2 DDA 模擬與 Goodman-Bray 法的比較 187
13.2.1 Goodman-Bray 法 187
13.2.2 對(duì) Goodman-Bray 法的幾點(diǎn)改進(jìn) 189
13.2.3 Hoek-Bray 算例的 DDA 模擬 189
13.3 DDA 模擬與實(shí)驗(yàn)的比較 191
13.3.1 石膏模型離心機(jī)實(shí)驗(yàn) 191
13.3.2 塑料樂(lè)高塊傾倒模型離心機(jī)實(shí)驗(yàn) 195
13.4 考慮局部破碎的傾倒破壞 DDA 模擬 200
13.5 考慮巖橋開(kāi)裂反傾倒破壞的 DDA 模擬及與實(shí)驗(yàn)的比較 201
13.6 本章小結(jié) 204
參考文獻(xiàn) 205
第14章 散粒體的數(shù)值模擬 206
14.1 砂性土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 206
14.1.1 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 206
14.1.2 受力與變形特性及細(xì)觀機(jī)理 208
14.2 粗粒料大型三軸實(shí)驗(yàn)的 DDA 模擬 214
14.2.1 模型 214
14.2.2 計(jì)算條件 216
14.2.3 單調(diào)加載的 DDA 模擬及與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較 217
14.2.4 反復(fù)荷載作用下的分析結(jié)果及與實(shí)驗(yàn)的比較 219
14.3 鐵路路基受力特性的模擬 220
14.3.1 計(jì)算模型和條件 220
14.3.2 反復(fù)荷載作用下的荷載{變形曲線 223
14.3.3 反復(fù)加卸載時(shí)的塑性變形 224
14.3.4 反復(fù)荷載作用下枕木的支撐狀態(tài) 224
14.3.5 反復(fù)荷載時(shí)道床石子的移動(dòng) 225
14.4 落石的模擬 226
14.5 本章小結(jié) 230
參考文獻(xiàn) 230
第15章 邊坡穩(wěn)定分析及失穩(wěn)模擬 231
15.1 引言 231
15.2 Sarma 法簡(jiǎn)介 231
15.3 典型算例——DDA 與 Sarma 法的比較 237
15.4 三峽大壩三號(hào)壩段深層抗滑穩(wěn)定分析——Sarma 法與 DDA 的比較 243
15.4.1 Sarma 法計(jì)算結(jié)果 243
15.4.2 DDA 計(jì)算結(jié)果 245
15.5 武都水庫(kù)大壩深層抗滑穩(wěn)定分析 258
15.5.1 大壩及基礎(chǔ)構(gòu)造面 258
15.5.2 Sarma 法計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)介 263
15.5.3 基于有限元應(yīng)力的剛體極限平衡法的計(jì)算結(jié)果 265
15.5.4 DDA 計(jì)算結(jié)果 268
15.5.5 不同方法深層抗滑穩(wěn)定分析結(jié)果比較 274
15.6 日本長(zhǎng)井重力壩抗滑穩(wěn)定分析——DDA 與有限元比較 275
15.7 本章小結(jié) 279
參考文獻(xiàn) 279
第16章 水對(duì)巖質(zhì)邊坡變形影響的模擬 281
16.1 引言 281
16.2 水對(duì)巖質(zhì)邊坡傾倒變形影響機(jī)理分析 ——Hoek-Bray 模型 282
16.2.1 無(wú)傾倒變形時(shí)的受力分析 283
16.2.2 不同摩擦角時(shí)的變形模式及穩(wěn)定性 285
16.2.3 水對(duì)巖質(zhì)邊坡傾倒變形與穩(wěn)定的影響 286
16.2.4 水對(duì)傾倒變形影響的機(jī)理分析 290
16.2.5 小結(jié) 290
16.3 意大利瓦依昂特高拱壩近壩庫(kù)岸大滑坡的 DDA 模擬 291
16.3.1 情況簡(jiǎn)介及基本資料 291
16.3.2 基本資料 296
16.3.3 參數(shù)反演 298
16.3.4 蓄水觸發(fā)瓦依昂滑坡的 DDA 模擬 309
16.3.5 小結(jié) 317
16.4 日本北海道豐濱隧道垮塌的模擬 318
16.5 本章小結(jié) 323
參考文獻(xiàn) 323
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非連續(xù)變形分析——研究與應(yīng)用(下冊(cè)) 節(jié)選
第7章 開(kāi)裂與破碎 7.1 虛擬節(jié)理法 7.1.1 基于虛擬節(jié)理的模擬方法 所謂虛擬節(jié)理 (Artificial Joint) (人工節(jié)理) 法，是指將計(jì)算對(duì)象中的完整塊體，按照一定的規(guī)則分成子塊體 (單元)，子塊體與子塊體之間的界面上設(shè)定連接彈簧，給定抗拉及抗剪強(qiáng)度，當(dāng)界面上的拉應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度，或剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強(qiáng)度時(shí)，界面開(kāi)裂或剪斷，虛擬節(jié)理成為真實(shí)節(jié)理，這樣即可以模擬完整塊體的開(kāi)裂。當(dāng)開(kāi)裂界面把子塊體分割成獨(dú)立塊體時(shí)，即可模擬完整塊體的破碎。虛擬節(jié)理法 [1] *早由 T. C. Ke 在 1995 年提出，石根華發(fā)布的 DDA96 版已具備這項(xiàng)功能。 具體計(jì)算步驟如下： (1) 按一定規(guī)則設(shè)置虛擬節(jié)理，通過(guò)虛擬節(jié)理和真實(shí)結(jié)構(gòu)面將計(jì)算對(duì)象切割成塊體； (2) 在虛擬節(jié)理處設(shè)置抗拉、抗剪強(qiáng)度 T0、C0、φ，將虛擬節(jié)理粘接進(jìn)行計(jì)算； (3) 根據(jù)虛擬節(jié)理兩端的接觸力計(jì)算接觸線半長(zhǎng)的平均應(yīng)力； (4) 根據(jù)帶抗拉強(qiáng)度的 Mohr-Coulomb 準(zhǔn)則判斷虛擬節(jié)理是否破壞，如破壞則虛擬節(jié)理變?yōu)閷?shí)節(jié)理，即 (5) 修改已開(kāi)裂節(jié)理的狀態(tài)，繼續(xù)計(jì)算。 圖 7-1 所示一完整塊體 ABCD; ef 為一虛擬節(jié)理，將塊體切割成兩個(gè)子塊，如取每個(gè)子塊為一個(gè) DDA 單元，則計(jì)算對(duì)象由兩個(gè)塊體單元組成，給定子塊體的頂點(diǎn)編碼為 (1; 2; ; 10)，則圍成每個(gè)子塊體的頂點(diǎn)編碼為 塊體①中的 34 邊與塊體②中的 67 邊形成邊{邊接觸，給定該接觸邊的強(qiáng)度參數(shù)為：摩擦角φ，粘聚力 C，抗拉強(qiáng)度 T0。 則該接觸邊處于粘接狀態(tài)，存在抗拉抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。34 邊與 67 邊的接觸在具體計(jì)算時(shí)分成兩段，由如下兩個(gè)接觸構(gòu)成： 圖 7-1 虛擬節(jié)理切割的塊體 接觸長(zhǎng)度中的 l 為 34 和 67 兩條邊的共線部分的長(zhǎng)度，對(duì)于處于粘接狀態(tài)的接觸，l 即為邊 34 或 67 的長(zhǎng)度。 在某一計(jì)算時(shí)刻，某接觸的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力滿足帶抗拉強(qiáng)度的 Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，即滿足如下條件時(shí)接觸開(kāi)裂或剪斷，從而由粘接狀態(tài)變?yōu)閺堥_(kāi)狀態(tài)或滑動(dòng)接觸狀態(tài)： (7-1) 式中，N 為法向接觸力，N = Pndn; Pn 為法向接觸剛度，dn 為法向接觸距離；T =Ptdt; Pt 為切向接觸剛度，dt 為切向接觸距離。 7.1.2 虛擬節(jié)理的設(shè)置 1. 按規(guī)則網(wǎng)格設(shè)置虛擬節(jié)理 將計(jì)算對(duì)象的完整塊體，采用規(guī)則網(wǎng)格進(jìn)行剖分，形成的每一個(gè)子塊為 DDA計(jì)算的單元。規(guī)則網(wǎng)格可采用三角形、四邊形、六邊形等，如圖 7-2 所示。規(guī)則網(wǎng)格的剖分密度視計(jì)算對(duì)象的物理力學(xué)特性和計(jì)算能力而定，一般來(lái)講，虛擬網(wǎng)格剖分得越密，計(jì)算精度越高，但會(huì)增大計(jì)算量，且會(huì)因?yàn)樵谔摂M節(jié)理上設(shè)置接觸彈簧而帶來(lái)附加變形。 圖 7-2 由規(guī)則網(wǎng)格剖分而成的虛擬節(jié)理 2. 與統(tǒng)計(jì)節(jié)理相結(jié)合的虛擬節(jié)理 巖石的節(jié)理裂隙一般滿足某種統(tǒng)計(jì)規(guī)律，基本參數(shù)為隙長(zhǎng)、隙間距、裂隙的走向傾角等，裂隙和裂隙之間為巖橋連接 (見(jiàn)圖 7-3)。巖體在破壞時(shí)常需要*先剪斷巖橋使裂面貫通，直至巖體破壞。 圖 7-3 巖體內(nèi)裂隙的分布 將巖體里裂隙分布的統(tǒng)計(jì)參數(shù)生成裂隙，進(jìn)一步剖分 DDA 單元往往難以形成理想的計(jì)算單元或單個(gè)塊體中含有節(jié)理裂隙，而這些節(jié)理裂隙在形成 DDA 塊體時(shí)被舍掉；圖 7-3 所示的節(jié)理裂隙分布直接切割后生成的 DDA 塊體如圖 7-4 所示。 可以看出，當(dāng)巖體內(nèi)裂隙連通率較弱時(shí)，切不出理想的計(jì)算塊體。 在圖 7-3 所示的統(tǒng)計(jì)節(jié)理基礎(chǔ)上，在節(jié)理與節(jié)理之間用人工虛擬節(jié)理相連，則可形成實(shí){虛節(jié)理相結(jié)合的節(jié)理分布，如圖 7-5 所示，圖中的虛擬節(jié)理用虛線表示。將存在實(shí){虛節(jié)理的巖體進(jìn)行 DDA 塊體切割，可以進(jìn)一步剖分 DDA 單元，見(jiàn)圖 7-6，由虛實(shí)節(jié)理圍成的區(qū)域即構(gòu)成 DDA 單元，用 DDA 求解時(shí)，實(shí)節(jié)理給定實(shí)際強(qiáng)度，而虛擬節(jié)理則給定巖塊的強(qiáng)度，這樣即可模擬巖體的開(kāi)裂及破碎。 圖 7-4 圖 7-3 所示的裂隙分布生成的 DDA 塊體 圖 7-5 設(shè)置了虛擬模擬節(jié)理的巖體 圖 7-6 設(shè)置了虛擬節(jié)理的切割結(jié)果 7.1.3 算例及討論 例 7-1 純剪裂縫的擴(kuò)展。 設(shè)有一 2m￡2m 的正方形平板，平板上預(yù)設(shè)一條長(zhǎng) 1m 的裂縫，如圖 7-7 所示。在板的左側(cè)裂縫上側(cè)施加水平向右的荷載 F，研究平板的裂紋擴(kuò)展問(wèn)題。 圖 7-7 帶裂縫的剪切板 分別采用正三角形單元、正四邊形單元、正六邊形單元對(duì)圖 7-7 中的平板進(jìn)行剖分，建立 DDA 計(jì)算模型。為了避免加載部位應(yīng)力集中帶來(lái)的不利影響，在模型左側(cè)加載部位設(shè)置了墊片，計(jì)算時(shí)，通過(guò)墊片在 0.2s 內(nèi)逐漸施加水平向右的荷載。 基于以上模型，用 DDA 方法模擬裂紋在剪切荷載作用下的擴(kuò)展過(guò)程，計(jì)算采用參數(shù)見(jiàn)表 7-1。 表 7-1 計(jì)算參數(shù) 在單元尺寸相近的前提下，采用不同類型的單元，模擬裂紋的擴(kuò)展過(guò)程，如圖 7-8 所示。 圖 7-8 采用相同密度不同形狀的網(wǎng)格模擬的純剪裂縫擴(kuò)展 由于裂縫的擴(kuò)展只能沿著虛擬節(jié)理，即網(wǎng)格的邊發(fā)展，因此裂縫擴(kuò)展的軌跡受網(wǎng)格形狀影響較大，三角形、六邊形網(wǎng)格的裂縫擴(kuò)展角小于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，四邊形網(wǎng)格的裂縫擴(kuò)展軌跡與實(shí)驗(yàn)結(jié)果接近。 采用三角形單元，基于不同的單元尺寸，建立具有不同網(wǎng)格密度的 DDA 模型，模擬裂紋的擴(kuò)展過(guò)程，以比較網(wǎng)格密度對(duì)計(jì)算的影響，如圖 7-9 所示。
非連續(xù)變形分析——研究與應(yīng)用(下冊(cè)) 作者簡(jiǎn)介
張國(guó)新，男，1960年生。1978年考入清華大學(xué)水利系，1989年獲水工結(jié)構(gòu)專業(yè)博士學(xué)位，F(xiàn)為中國(guó)水利水電科學(xué)研究院二級(jí)正高，博士生導(dǎo)師，國(guó)務(wù)院改府特殊津貼專家。兼任中國(guó)大壩工程學(xué)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)、理事、數(shù)值模擬專委會(huì)主任，長(zhǎng)江技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)會(huì)常務(wù)理事，中國(guó)水利學(xué)會(huì)水工結(jié)構(gòu)專委會(huì)主任等職。 長(zhǎng)期從事混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力仿真分析與溫度控制，水工結(jié)構(gòu)數(shù)值方法，高壩工作性態(tài)與安全等研究。發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇，獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)5項(xiàng)、一等獎(jiǎng)5項(xiàng)、二等獎(jiǎng)13項(xiàng)，并獲中國(guó)科協(xié)突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)、全國(guó)很好工程咨詢成果獎(jiǎng)各1項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明80項(xiàng)。 從事混凝土結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬方法研究和軟件研發(fā)與應(yīng)用。經(jīng)30多年自主研發(fā)的混凝土工程全過(guò)程仿真模擬軟件SapTis，具有溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)三場(chǎng)耦合及非線性模擬功能，已成功應(yīng)用于三峽、錦屏一級(jí)、小灣、白鶴灘、烏東德、溪洛渡等近百座國(guó)內(nèi)外大中型混凝土工程的仿真模擬分析，其中國(guó)內(nèi)200m以上特高混凝土壩應(yīng)用率達(dá)90％。主持的國(guó)家“十三五”高性能計(jì)算重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)項(xiàng)目“復(fù)雜工程力學(xué)高性能應(yīng)用軟件系統(tǒng)研制”，軟件模擬規(guī)模已達(dá)150億自由度、調(diào)用60萬(wàn)核處理、并行度達(dá)到30％以上。
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