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基于徑向基點(diǎn)插值的巖體裂隙擴(kuò)展無網(wǎng)格模擬方法及程序研制

發(fā)布時間:2020-08-12 10:34
【摘要】:巖體裂隙及其擴(kuò)展對巖體力學(xué)特征有重要影響,巖體裂隙擴(kuò)展模擬對巖體工程穩(wěn)定性評價具有重要意義。無網(wǎng)格法是一種不依賴網(wǎng)格的數(shù)值計算方法,在分析含裂隙模型時具有巨大優(yōu)勢。其中基于徑向基點(diǎn)插值(RPIM)的局部弱式無網(wǎng)格法在計算過程中始終不需要背景網(wǎng)格,是一種真正意義上的無網(wǎng)格方法。本文以課題組研發(fā)的局部弱式無網(wǎng)格方法程序GeoMFree~(3D)為基礎(chǔ),依據(jù)斷裂力學(xué)和彈塑性理論,研究彈塑性條件下巖體裂隙擴(kuò)展的無網(wǎng)格模擬方法,研制相應(yīng)的程序,并同過幾個實例來驗證計算方法的有效性。本文的研究工作和主要成果如下:(1)在GeoMFree~(3D)的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了彈塑性條件下巖體張開型裂隙擴(kuò)展的模擬方法。對無網(wǎng)格算法中的不連續(xù)問題采用可視準(zhǔn)則和隱式的裂隙表示方法,引入計算圖形學(xué)中的包圍盒算法,提高搜索支持域場節(jié)點(diǎn)的計算效率。結(jié)合斷裂力學(xué)中的復(fù)合型裂隙斷裂理論,構(gòu)建了巖體三維張開裂隙擴(kuò)展的模擬方法。(2)實現(xiàn)了彈塑性條件下巖體剪切型裂隙的無網(wǎng)格模擬方法。在局部弱式無網(wǎng)格法中,推導(dǎo)計算裂隙面接觸作用的控制方程,建立三維裂隙面的屈服準(zhǔn)則和本構(gòu)關(guān)系。將控制方程離散成可求解的矩陣形式,構(gòu)建彈塑性條件下巖體三維剪切裂隙的無網(wǎng)格模擬方法,實現(xiàn)了對巖體三維剪切裂隙的模擬。(3)根據(jù)上述研究成果,編制相關(guān)程序以實現(xiàn)對彈塑性條件下巖體裂隙擴(kuò)展的模擬。在工程應(yīng)用中利用開發(fā)的計算模塊,計算順層巖質(zhì)滑坡的變形破壞過程,得到滑坡破壞過程中裂隙面的擴(kuò)展過程以及巖體的變形特征。
【學(xué)位授予單位】:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2019
【分類號】:TU45
【圖文】:

路線圖,研究技術(shù),路線圖,巖質(zhì)滑坡


- 13 -圖 1-1 研究技術(shù)路線圖根據(jù)上述研究成果,對 GeoMFree3D進(jìn)行二次開發(fā),編制相關(guān)程序以實現(xiàn)對巖體擴(kuò)展的模擬。在工程應(yīng)用中利用開發(fā)的裂隙擴(kuò)展模塊,計算順層巖質(zhì)滑坡的變形破

積分域,復(fù)雜邊界


圖 2-1 復(fù)雜邊界附近積分域分布(徐亮亮,2018)于 RPIM 的局部弱式無網(wǎng)格法對模型進(jìn)行計算時,邊界處場節(jié)點(diǎn)的界,如圖 2-1。需對超出的積分域進(jìn)行處理,否則在邊界處產(chǎn)生較有兩種處理方案:一種是對邊界進(jìn)行壓縮,對于規(guī)則形狀的積分域會邊界內(nèi);另一種方案是將超過模型邊界的積分點(diǎn)舍棄(張雄,2具有復(fù)雜邊界的模型。研究通過異形積分域來處理這一問題,這樣積分域既沒有重疊也能會超過模型邊界。采用異形積分域會大大增加計算成本(徐亮亮,無網(wǎng)格法會退化成一種依賴積分網(wǎng)格的無網(wǎng)格算法,這將基于 RPI法變成了一種廣義無網(wǎng)格方法,下文將對兩種邊界處理方法進(jìn)行壓縮法

示意圖,積分域,壓縮方法,示意圖


圖 2-2 積分域壓縮方法示意圖(徐用于邊界為直線的簡單模型,稍微復(fù)在處理邊界問題上,除了裂隙面,所理的,文中將不再贅述。舍棄法雜的模型邊界,比如二維曲線或者三部積分域的壓縮。此時采用積分點(diǎn)舍圖 2-3 積分點(diǎn)舍棄方法示意圖(徐

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本文編號:2790421

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