冲击荷载作用的离散-连续耦合数值模拟

强夯、冲击碾压工法广泛应用于水库堤坝、港口等水利工程。目前,冲击荷载作用下,复杂的动力响应研究主要依据室内模型试验和工程经验,数值模拟研究较少。本文结合离散单元法和有限差分法的优点,建立了冲击荷载作用的离散-连续耦合数值模型。冲击荷载作用中心区域采用PFC2D中的滞回阻尼模型进行精细模拟,周围区域采用FLAC2D中的摩尔-库伦模型进行模拟。在离散模型中,得到离散颗粒作用于边界墙的合力与合弯矩,根据力的平衡原理,分配到连续模型边界节点上,同时考虑到耦合边界不能承受拉应力,进行二次调整,实现边界面应力的传递;并通过接收连续模型中边界节点的速度,来指定离散模型中边界墙的速度,实现边界面速度的传递。对比模型试验结果验证了冲击荷载耦合模拟的可行性,为今后堤坝、码头堆场等加固处理及动力稳定性分析提供一种新的研究手段。     

基于PFC2D的岩土体孔隙统计算法分析

为了研究岩土材料微观孔隙结构特性,从机理上认识和掌握其宏观工程性质及其变化规律,基于PFC2D模拟岩土材料孔隙结构,对像素颗粒填充法的计算误差、像素颗粒尺寸选择及孔隙统计算法等进行了研究。研究结果表明:综合考虑误差控制与计算效率,建议最小土石颗粒半径的1/20为适合的像素颗粒半径;对比孔隙体积统计的3种算法发现,舍入法是相对最优算法。在此基础上实现了等效孔径分布的统计,为三维孔隙结构模型的研究提供了理论依据,为进一步对岩土材料孔隙结构特性及其与宏观力学行为和工程性质间关系的研究提供了基础。     

管线渗漏引发地面塌陷的DEM-CFD耦合数值模拟

基于流固双向耦合原理,在离散元软件PFC3D基础上使用DEM(离散元)与CFD(计算流体动力学)耦合模块,考虑流体高速渗流时的流体压力梯度力对流固耦合过程的影响,建立了土颗粒与流体双向耦合作用下的细观数值模拟力学模型,针对渗流发生和发展过程中土体力学性能和水力性质进行了研究,从而定性地揭示了地表塌陷过程的演化规律与灾变机理。结果表明,流体高速渗流时,流体压力梯度力数值大于拖曳力,且土颗粒半径越大,流体压力梯度力越大;地表塌陷过程中土体塌陷模式呈圆锥形变化。     

无黏结材料颗粒流模型的宏细观参数关系研究

基于颗粒流(PFC2D/3D)模型的细观离散元方法是近些年来兴起的一种新的岩土数值计算方法,在岩土工程非连续介质领域中发挥着重要作用,但由于该类模型宏细观参数关系的复杂性,使其在实际工程应用中受到限制。在前人研究的基础上,以无黏结颗粒材料为例,采用4因素3水平正交试验方法设计了9类试样,并各自在3种侧压下进行双轴试验,以探求细观参数不同组合对介质宏观特性的影响,从而避免了控制变量法固定某些参数的局限,更加科学地分析了细观参量对宏观特性影响的敏感程度,并据此提出该类材料宏细观参数匹配的调整原则。最后利用人工神经网络实现了该类材料宏细观参数之间的互演计算,以供PFC模型在实际岩土工程计算时参考。     

水工三级配及湿筛混凝土单轴受压力学特性细观数值模拟

为了研究水工大骨料混凝土单轴受压的力学特性,运用颗粒流离散元软件PFC 2 D建立三级配大骨料混凝土试件模型,通过将单轴压缩数值模拟得到的强度与已有文献中三级配大骨料混凝土试验数据进行对比,标定出水工大骨料混凝土中砂浆颗粒间的接触参数、粗骨料颗粒间的接触参数以及砂浆与粗骨料接触面的细观参数,将标定出的接触参数运用到湿筛...     

深基坑双排桩支护结构变形特性的颗粒流模拟研究

正基于颗粒流理论,利用二维离散元模拟软件PFC2D进行二次开发,建立深基坑双排桩支护结构的数值模型,研究在基坑开挖过程中双排桩支护结构的内力及变形规律,分析前后排桩的排拒对桩身位移和弯矩的影响,验证离散元模拟的可行性,以期为工程实际提供参考。分析结     

离散元细观参数对粗砂变形性质的影响

为了研究离散元细观参数对粗砂变形性质的影响,基于离散元理论,利用PFC2D软件建立青岛粗砂颗粒流模型并通过既有室内试验数据验证了其可靠性,进而分析了颗粒粒径、摩擦系数、法向接触刚度、切向接触刚度对青岛粗砂应力-应变关系曲线的影响。结果表明,颗粒流模型得到的应力-应变关系曲线和室内试验结果基本吻合,摩擦系数对青岛粗砂的软化影响较大,随着摩擦系数的增加,峰值强度随之增加。颗粒粒径对青岛粗砂变形性质有一定的影响。随着法向接触刚度的增加,峰值强度随之增加,而切向接触刚度对青岛粗砂力学性质的影响很小。     

颗粒离散元模拟边坡动力响应的研究进展

颗粒流(PFC)离散元方法是当前模拟边坡变形破坏的热点方法,在边坡动力分析领域有良好的应用前景.以阻尼参数标定、动荷载输入及动力分析方式为切入点,对颗粒离散元模拟边坡动力响应的研究现状进行了总结和分析.在此基础上,对颗粒离散元在边坡动力分析领域的进一步应用需注意的问题及发展趋势进行了探讨.     

溃堤洪水分析的一、二维水动力耦合模型及应用

建立一、二维水动力耦合数学模型以模拟溃堤洪水的演进过程,其中一维模型采用Preissmann格式离散,二维模型利用基于非结构网格的Roe格式离散。将道路、灌渠等特殊边界概化为宽顶堰并作线性处理,利用非结构网格与特殊边界的耦联,建立具有真实地形的耦合模型,并采用干湿水深理论对模型进行优化。将模型应用于黄河青铜峡河西灌区溃堤洪水的模拟,较为真实地再现了洪水在计算区域内的演进过程与淹没范围,体现了道路、灌渠等特殊边界的阻水效果与桥涵的过水效果。     

颗粒材料定向剪切特性的空心圆柱离散元模拟

基于PFC3D离散元模拟平台构建空心圆柱型数值模型,研究了固定主应力方向条件下颗粒材料数值试样的定向剪切宏细观力学响应,重点分析了大主应力方向角对试样单调剪切特性的影响。数值建模中,采用"分离式簇墙"技术近似模拟室内试验橡皮膜的柔性边界效应,开发了顶部扭矩层颗粒旋转速度的"动态更新法"并较好地实现了剪应力的施加。结果表明,离散元数值模型能够较好地还原室内空心圆柱砂样定向剪切试验的应力路径和应力—应变响应;大主应力方向角α的变化显著影响数值试样的剪切强度,α=60°试样的峰值内摩擦角最低,且数值模拟得到的规律与已有的实际砂土室内试验规律相一致;数值试样剪切带的宏观演化在细观上可由试样内部局部孔隙比和配位数的变化规律来表征。