基于FLAC2D的西安地面沉降数值模拟分析

针对西安地区抽汲地下深层承压水所引发的地面沉降进行了分析,以Biot三维固结理论为基础,采用FLAG2D软件对西安地区地质技工学校处的地面沉降进行了二维数值模拟与土体-渗流耦合计算.通过分析模拟的计算结果,对抽水引起的深层承压含水层垂直沉降和水平变形作了详细的分析,并阐明了沉降漏斗形成的机理;发现模拟结果与实际监测的结果是基本吻合的,表明了地面垂直沉降和水平位移的特征和机理分析的正确性.     

岩体爆破破坏效应颗粒流数值模拟验证研究

采用颗粒流方法对岩体爆炸破岩过程进行数值模拟,将集中药包作用下的爆炸球面波等效为三角形波脉冲,根据颗粒离散元原理建立了点膨胀加载法和动边界处理法,结合动三轴试验标定的细观力学参数,建立了颗粒离散元爆炸应力波传播分析模型。利用数值模拟进行了爆破破岩机理分析,探讨了不同埋深、炸点膨胀比、炮孔压力对爆破效果的影响,给出了数值模拟时合适的炸点膨胀比与峰值压力取值范围,并根据爆破工程实践对爆破漏斗效应、微差爆破效应进行了验证。研究方法简单可靠,可反映岩体爆炸应力波传播规律,动态表征岩体的破坏过程,有助于进一步加深对工程爆破效应的认识。     

混凝土受拉动态破坏过程的细观数值方法研究

混凝土在宏观层次上属于各向同性材料,但在细观层次上可视为由粗骨料、砂浆以及二者界面组成的三相非均质复合材料。混凝土是一种典型的率敏感材料,不同应变率水平下存在不同的强度增长机制。从混凝土细观结构出发,提出了混凝土动态受力分析的刚体弹簧元(Rigid Body Spring Model,RBSM)方法,通过建立混凝土细观各相组成材料的粘弹塑性损伤本构模型,充分考虑Stefan效应在中低应变率水平下对混凝土力学性能的影响,模拟了混凝土的强度增长规律。对砂浆、混凝土试件的单轴受拉动态破坏分析表明,本文建立的动态弹簧元模型能较好地模拟混凝土强度随应变率增长而提高的规律,而且能够跟踪加载过程中混凝土内部的裂缝开展过程和最终破坏形态。     

复合填料热传导过程数值模拟

复合填料由废铸砂、粉煤灰、聚苯乙烯(EPS)颗粒、水泥和水按一定质量比例混合制成,具有低导热性、抗冻胀和轻质特性。根据热阻力法则和比等效导热系数相等法则,将材料视为由大量正方形单元体组成,其中心为一个球形EPS颗粒,这种单元体与总体的导热系数相等。运用AN SY S软件对复合填料单元体的传热过程进行了有限元模拟,根据瞬态法导热系数测试原理,推求不同EPS掺入比情况下的复合填料导热系数,分析EPS颗粒与导热系数的关系,发现材料导热系数随着EPS掺入比的增加而快速降低。将材料导热系数数值模拟与实测结果作比较,发现有限元模拟值与实测值接近,说明采用有限元方法可以实现对材料传热过程的模拟。     

基于PFC3D的残煤自燃对露天矿边坡稳定性研究

为了了解残存在露天煤矿边坡内的残煤自燃对边坡稳定性的影响,使用PFC3D对某矿某边坡进行建模,在热力耦合的条件下,模拟了残煤自燃至不同燃空区深度时,边坡内部的岩体破坏过程,进而确定影响边坡稳定的岩体破碎区。研究表明:随着燃空区深度的发展,当深度较浅时破碎区分布为三角形;当燃空区超过80 m后,破碎区为喇叭口形;当燃空区超过100 m后,岩体内部破碎的分层较为明显;当燃空区超过160 m后,裂隙基本不向上再发展。因此,对于残煤层上覆完整高强岩体的露天煤矿边坡,不应以边坡表面的开裂情况判断煤层自燃程度,应进一步进行物理探测,从而采取有效措施保证边坡稳定。     

基于数值模拟的多高层钢结构火灾反应规律与破坏机理

为了分析火灾下多高层钢结构的破坏机理,考察多高层钢结构在火灾下的反应规律,基于ABAQUS建立了整体钢结构的火灾反应数值模型,对不同层数的钢结构以及相同结构不同火场位置的钢结构进行了数值模拟分析,计算了局部火灾条件下钢结构的变形与破坏过程,分析了钢结构在火灾和荷载共同作用下的破坏机理,探讨了局部火灾对整体结构的影响范围与因素,给出了钢结构在高度和荷载变化时的破坏规律并分析了引起这种破坏规律的原因。     

随机介质理论下隧道围岩渐进破坏过程数值实验研究

将强度折减法引入到隧道围岩安全评价中,结合"浅埋暗挖快速施工双线小间距隧道、盾构下穿立交结构隧道和结构面含有节理、不规则裂隙的山体公路隧道"等工程实例,借助材料真实破坏分析软件RFPA-2D,建立每个强度折减系数下的有限元模型。模型采用了黏弹性人工边界来消除边界条件对计算精度的影响,并借助随机介质理论实现了围岩细观结构单元的非均值性和随机分布的缺陷,揭示了不同工况下隧道围岩的动态渐进破坏过程、基元相变损伤演变机理和岩体结构面破坏特征,认为隧道围岩的宏观破坏是由岩体非线性材料细观单元的非均值性造成的,计算结果借助不同折减步中裂纹发展趋势和单元破坏的数量判断隧道围岩是否失稳破坏,并计算出具有安全储备意义上的安全系数。同时,结合ABAQUS和RFPA-2D两种不同有限元模型,对比分析了随机介质理论和连续介质理论结合强度折减法在隧道围岩稳定性评价中的差异。     

基于细观尺度的岩体开挖渐进破坏模拟研究

岩土渐进式地质灾害是当前岩土工程领域的重要研究课题。基于颗粒离散元法导出颗粒连接损伤模型,建立岩石细观离散模型,进行不同颗粒参数条件下的岩石单轴受压数值模拟。结果表明,岩石细观颗粒间相互黏结力是影响颗粒黏结破坏的主要因素;颗粒间摩擦系数是影响宏观强度的敏感参数,单轴受压试验形成接近45°剪切带,数值模拟与试验结果较好吻合,验证了该模型的合理性。建立岩体开挖细观离散模型,模拟不同地层条件下的开挖过程,对比分析了开挖未支护和支护情况下检测点的沉降差异。研究发现,未支护支撑下,深层开挖时,检测点的位移沉降较浅层开挖时明显;支护可以有效降低围岩变形,防止拉应力产生。本文从细观上揭示岩体开挖条件下渐进式破坏过程形成机制,为更深入研究岩土力学特性和滑动断裂的形成与发展等渐进破坏过程提供了理论和技术支撑。     

河洋拱桥南拱座基础位置数值模拟优化分析

峡谷区斜坡在我国西南地区广泛分布。20世纪以来,随着国家经济建设重点的转移,国家交通建设工程的重点也转向了西南多山地区,西南地区斜坡高度从百米到千米,斜坡平均坡度40°～80°。因而国家建设了大量的桥梁工程跨越该类高山峡谷。弄清楚峡谷斜坡的岩体变形破坏机制,正确评价其稳定性,才能合理利用岩体,达到桥梁工程的合理选线和设计。文章以南拱座基础位置的优化为目标,采用经验统计公式计算出桥荷载作用下的安全距离,作为初步的桥基位置,然后采用数值计算的手段,对不同位置拱座基础作用下的斜坡的应力场分布规律进行分析统计,校核水库蓄水后桥基斜坡的稳定性,最终确定河洋拱桥南拱座基础的合理位置。     

弹性模量依赖围压的圆形洞室围岩破坏行为数值模拟

在考虑拉伸截断及非线性屈服准则的自定义本构模型中,又考虑了弹性模量(弹模)受围压的影响,模拟了两种网格、不同本构模型及加载方式条件下的洞室围岩的破坏行为。在第1种网格中,洞室围岩被剖分为辐射网格,采用先挖洞,后加载的方式及理想弹-塑性本构模型进行计算;在第2种网格中,洞室围岩被剖分为矩形网格,采用先加载,后挖洞的方式及弹-脆-塑性本构模型进行计算。计算结果表明,对于第1种网格,随着弹模的围压影响系数的增加,洞室围岩的应变、位移及塑性区半径均有所减小,被监测单元的环向应力的峰值有所降低,不同本构模型的计算结果的差别逐渐显现。对于第2种网格,当弹模的围压影响系数较低时,围岩中形成了4个对称的V形坑,随着弹模的围压影响系数的增加,V形坑的个数及尺寸明显减少,这可由洞室围岩的应力、位移及剪切应变增量均有所减小得到解释。     

不同倾角地裂缝作用下房屋建筑物破坏过程的数值分析

我国的地裂缝分布十分广泛。在快速发展的城镇化进程中,地裂缝严重影响着国家建设和人居安全。根据大量的地裂缝灾害调查,在广袤的农村,地裂缝的主要危害在于其引起的房屋建筑物的破坏。地裂缝的运动过程是缓慢的,成灾过程是渐进的,随着时间的推移,房屋建筑物的破坏程度逐渐加大。基于颗粒流数值计算方法,对不同倾角地裂缝作用下房屋建筑物破坏过程进行了细观数值分析,这为总结地裂缝对建筑物的成灾机理提供了数值基础,也为工程的灾害预防提供了新的参考。     

一次局地灾害性强降水过程的数值模拟分析

利用高分辨率MM5V3模式对发生在北京密云县一次引发泥石流的局地灾害性暴雨过程进行了模拟研究.结果表明,精确的初始场信息对于高质量的预报是重要的.应用湿位涡理论分析表明,系统发展的因子包括:①中β尺度涡旋附近高低层间存在较强的风垂直切变;②层结接近中性;③低层能量锋特征较明显.这些因子的共同效应导致了中β尺度涡旋的发展.     

通风状况对室内火灾过程影响的数值模拟

利用烟火运动场模型(FDS)模拟室内火灾过程,研究了通风开口大小对室内燃烧状况的影响,发现一定房门开度下,燃烧状况会发生周期性转换;利用线性拟合确定了房门处的最大质量流量m max与通风因子A√H间的比例系数.通过研究指出,房门突然打开后间歇出现的两次回燃现象,可能对进入房间灭火的人员构成严重威胁,在灭火实践中应该引起高度重视.     

混凝土动态力学性能数值模拟研究

数值模拟是研究混凝土动态力学性能主要手段之一。编写二维混凝土多边形粗骨料随机分布程序,利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对直径74mm、高70mm混凝土在不同冲击速度下的动态响应进行模拟,分析冲击速度、粗骨料最大粒径、最小粒径和体积含量对多边形粗骨料混凝土动态特性影响,考察多边形粗骨料混凝土动态破坏模式。数值模拟表明:混凝土表现出明显的率敏感性;随着粗骨料颗粒最小粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小;随着粗骨料颗粒最大粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力呈现先增大后减小趋势;当粗骨料体积含量小于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐增大,当粗骨料体积含量大于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小。     

西安地裂缝的数值模拟研究

在分析总结西安地裂缝基本特征的基础上,采用二维有限单元法,对西安地裂缝进行了数值模拟,并从土动力学角度探讨了地裂缝的形成机制．结果表明,西安市区超采地下承压水导致地面不均匀沉降是西安地裂缝产生和发展的主要原因。故认为只有通过对地下承压水的合理开采,控制西安市区地面的不均匀沉降,才是减缓西安地裂缝活动的根本对策。     

地震波数值模拟方法研究综述

地震波场数值模拟不仅是研究复杂地区地震资料采集、处理和解释的有效辅助手段,而且是研究地球深部精细构造的有效工具。地震波场数值模拟的主要方法包括3大类,即几何射线法、积分方程法和波动方程法。首先介绍了地震波数值模拟方法的理论基础和内容及特点,然后概括介绍了20世纪90年代以来几何射线法和各种波动方程数值模拟方法的新进展。因为波动方程数值模拟包含了丰富的波动信息,可为研究地震波的传播机理和复杂地层的解释提供更多的佐证,所以重点介绍波动方程数值模拟方法。最后,对各种数值模拟方法进行了评述,并给出了地震波传播理论和数值模拟方法发展的展望。     

基于BOTDA的削坡作用下边坡破坏过程模型试验研究∗

在众多诱发滑坡的因素中,人工削坡引发的边坡失稳现象十分普遍。采用布里渊光时域分析技术(以下简称BOTDA 技术),通过模型试验和数值模拟分析,对削坡作用下的边坡变形机理及其演化过程进行了研究。由于传感光缆与土体之间的耦合性直接影响着监测结果的准确性,首先通过不同围压作用下的拉拔试验,掌握了传感光缆与土体耦合变形关系。然后,设计了坡顶加载试验模型,通过在水平向和竖直向植入传感光缆,实现对边坡模型在削坡作用下土体内部变形场的分布式监测。试验结果表明:水平和竖直向传感光缆监测到的应变异常区域与潜在滑动面位置相吻合,并被数值模拟所证实;在 BOTDA 监测数据的基础上提出了边坡模型水平特征最大应变值与安全系数之间的经验公式,对削坡作用下的边坡稳定性状态进行了评价,进而可对边坡失稳做出预警。     

基于数值模拟的泥石流危险性分区方法

由于泥石流运动方程研究和计算机技术的迅速发展使得基于数值模拟的泥石流危险性分区方法已成为泥石流危险性分区的主要方法.该方法也是这一领域最为有效的定量方法,并被大量应用于泥石流灾害评估、土地利用规划和灾害制图中.在分析泥石流运动数值模拟方法和根据模拟结果进行分区研究现状的基础上,指出了该方法在数值模型的建立、分区指标的确定以及指标分级中存在的问题,并针对这些问题提出了解决方法.     

基于GIS的地震次生灾害数值模拟

破坏性地震伴随发生的火灾、毒气泄漏与扩散、爆炸等次生灾害所造成的损失不容忽视。综述了在GIS(地理信息系统)支持下利用相应的数学模型,对几种典型的地震次生灾害进行的数值模拟的研究成果。该方面的研究对防灾和地震应急都有重要的意义。     

软弱基底排土场堆载过程中稳定性数值模拟*

针对软弱基底排土场普遍存在稳定性差的问题,在分析了排土场失稳的主要影响因素以及常见的5种失稳模式的基础上,结合胜利东二露天煤矿南排土场南帮边坡工程地质实际,基于强度折减理论,运用大型岩土数值模拟软件FLAC3D对排土场逐水平堆载过程中基底与边坡岩体变形破坏规律及稳定性进行了数值模拟分析,确定了南排土场南帮边坡的破坏模式以及最终排弃高度。结果表明:胜利东二露天矿南排土场边坡变形破坏主要受排弃物料重力影响,随着排弃高度的增加,基底内部第四系弱层最大位移呈线性增加,弱层以下岩土体变形量较小,其滑坡模式为沿基底内部弱层发生的剪切圆弧滑动,可在原设计基础之上继续排弃一个排土台阶高度,提高了排土场的空间利用率,并为类似排土场边坡设计提供借鉴。