《基于動態(tài)離散元的滑坡全過程數(shù)值模擬研究》

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1、本文以湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目《基于動態(tài)離散元的滑坡全過程數(shù)值模擬研究》(編號：05JJ30075)為依托，結(jié)合該項(xiàng)目的研究目標(biāo)，在離散元數(shù)值計(jì)算方法及程序研制和滑坡動態(tài)模擬方面開展了研究。針對滑坡這一高發(fā)地質(zhì)災(zāi)害難預(yù)測的問題，本文結(jié)合離散單元法，從力學(xué)的角度來分析和認(rèn)識滑坡的作用機(jī)理。利用計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)，把計(jì)算結(jié)果由傳統(tǒng)的數(shù)字統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)換為圖形。將滑坡的破壞過程動態(tài)的重現(xiàn)，從而揭示了滑坡演化過程中的動力學(xué)規(guī)律。在利用離散單元法進(jìn)行計(jì)算時，考慮到其本身存在的一些問題，如參數(shù)選取沒有標(biāo)準(zhǔn)等，本文基于離散單元的動態(tài)松弛法，從最關(guān)鍵的參數(shù)——時步入手，提出了由每循環(huán)

2、步允許塊體最大位移增量控制每步塊體求解的方法——位移控制法。該方法通過對塊體的位移試算來決定時步的大小，不僅避免了時步選取不恰當(dāng)造成計(jì)算中的如疊合過大等問題，還可以提高計(jì)算的精度和效率。同時，本文還通過算例分析，得到離散單元的計(jì)算中塊體的剛度系數(shù)選取的合理范圍。研制了基于離散元計(jì)算方法的滑坡塊體穩(wěn)定性分析程序，并針對該程序開發(fā)了配套的前處理程序和用以結(jié)果顯示的后處理。前處理包括模型繪制、參數(shù)輸入和約束施加：通過后處理程序可以觀察塊體接觸信息、應(yīng)力大小、位移場和動態(tài)顯示滑坡的破壞過程。本文給出了程序研制的思路，對于關(guān)鍵步驟還附上了算法和流程圖。程序的編制中涉

3、及到了大量的有關(guān)VisualC++函數(shù)和變量的使用，對于其中主要的部分，本文從程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的角度做了介紹。對武鋼大冶鐵礦東采區(qū)獅子山北邦A(yù)區(qū)V-132～V84m段約220m高的邊坡做了詳細(xì)的計(jì)算，通過工程實(shí)例可以知道位移控制離散單元法與實(shí)際監(jiān)測情況吻合，說明了本文提出的位移控制離散單元法對滑坡這類非線性和大變形工程地質(zhì)問題有較廣闊的應(yīng)用前景..文摘英文文摘第一章緒論1.1前言1.2滑坡研究現(xiàn)狀分析1.3邊坡穩(wěn)定分析的數(shù)值方法1.3.1極限平衡法1.3.2有限單元法1.3.3邊界元法1.3.4快速拉格朗日分析(FLAC)法1.3.5非連續(xù)巖體力學(xué)方法1.4

4、離散單元法綜述1.5本文的創(chuàng)新及特點(diǎn)1.6本文主要研究內(nèi)容第二章離散單元法的基本原理2.1基本假定2.2力-位移方程2.3運(yùn)動方程2.4迭代及計(jì)算技術(shù)2.4.1迭代技術(shù)2.4.2單元幾何計(jì)算2.4.3計(jì)算過程2.5簡單算例第三章離散單元法的位移控制計(jì)算原理3.1參數(shù)選擇、影響及改進(jìn)3.1.1剛度系數(shù)3.1.2時步的選擇和改進(jìn)3.2塊體接觸判斷方法研究第四章節(jié)理巖體離散元計(jì)算模型的建立方法4.1結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)特征4.1.1結(jié)構(gòu)面的成因類型4.1.2結(jié)構(gòu)面發(fā)育的韻律特征4.1.3結(jié)構(gòu)面分級4.2節(jié)理巖體計(jì)算模型建立4.2.1地表輪廓線繪制4.2.2Ⅰ～Ⅲ類結(jié)構(gòu)面

5、的繪制4.2.3節(jié)理的繪制4.2.4約束的添加第五章離散元動態(tài)模擬中的圖形顯示技術(shù)5.1科學(xué)計(jì)算可視化概念、意義及發(fā)展5.1.1科學(xué)計(jì)算可視化概念提出及意義5.1.2科學(xué)計(jì)算可視化的發(fā)展5.2離散單元法可視化現(xiàn)狀5.2.1離散單元可視化的發(fā)展現(xiàn)狀5.2.2離散單元可視化的主要問題5.3離散單元法可視化的實(shí)現(xiàn)5.3.1坐標(biāo)與比例轉(zhuǎn)換5.3.2塊體模型的可視化5.3.3接觸和應(yīng)力的可視化5.3.4單元動態(tài)的可視化第六章離散元程序研制6.1程序開發(fā)環(huán)境和語言簡介6.2程序結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)6.2.1程序結(jié)構(gòu)6.2.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)6.3程序界面設(shè)計(jì)6.4程序總流程圖第七章

6、基于位移控制離散單元法的滑坡動態(tài)數(shù)值模擬7.1滑坡動態(tài)數(shù)值模擬的意義和存在的問題、研究現(xiàn)狀7.2工程概況7.3模型建立7.4計(jì)算結(jié)果7.4.1由文本文檔建模7.4.2由前處理程序加密模型第八章結(jié)論及展望8.1結(jié)論8.2展望參考文獻(xiàn)附錄離散單元法在巖體力學(xué)中的應(yīng)用分享到：更新日期：2012-05-06

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8、?一鍵收藏本論文　　摘要：巖體是一種地質(zhì)材料，巖體的力學(xué)性質(zhì)具有各向異性，高度非均質(zhì)，不連續(xù)性等特點(diǎn)。為了解決工程中遇到的巖體力學(xué)問題，數(shù)值模擬是巖體力學(xué)中常用的手段。由于巖體中存在大量節(jié)理面，基于非連續(xù)介質(zhì)理論的離散單元法更加適合于巖體力學(xué)。本文

9、主要介紹了離散元法塊體元的基本原理，以及其在巖石力學(xué)中應(yīng)用范圍和應(yīng)用過程中的典型問題。最后，提出一些個人見解。?　　關(guān)鍵詞：離散元，非連續(xù)介質(zhì)，巖體力學(xué)，數(shù)值模擬?　　一．引言?　　當(dāng)前，我國正處在一個基礎(chǔ)建設(shè)的繁盛時期，在水利水電，核電，礦山，隧道，地下工程等各領(lǐng)域都會遇到地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的巖石力學(xué)問題。為了解決工程中遇到的問題，對于巖體的力學(xué)性質(zhì)有一個較為準(zhǔn)確的把握，數(shù)值模擬是一個廣泛應(yīng)用的方法。?　　巖土力學(xué)中常用的數(shù)值計(jì)算方法可以分為兩大類。一類基于連續(xù)介質(zhì)的理論。如有限元方法，有限差分法，邊界元法等。特別是有限元和有限差分法，應(yīng)用極為廣泛。連續(xù)介質(zhì)方

10、法對于處理斷層、節(jié)理、裂隙這樣的不連續(xù)結(jié)構(gòu)面具有一定的局限性，只能