【摘要】：為了更好研究非連續(xù)問題,克服傳統(tǒng)數(shù)值方法存在的缺點,例如離散元法依賴單元(或粒子)直徑大小;有限元法存在網(wǎng)格扭曲等不足之處。本文提出一種無網(wǎng)格粒子數(shù)值模擬計算方法-廣義粒子動力學(xué)(General particle dynamics(GPD))法。應(yīng)用GPD法研究巖土體損傷局部損和漸進(jìn)破壞,研究內(nèi)容以及結(jié)論:(1)應(yīng)用GPD法,研究巖石試樣在單軸和三軸壓縮條件下局部損傷及破壞過程。當(dāng)粒子受力滿足Hoke-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則時,認(rèn)為此粒子破壞,不對周圍其他粒子產(chǎn)生影響,我們稱作“死亡粒子”。當(dāng)荷載繼續(xù)增加時,“死亡粒子”數(shù)量逐漸增加,這些粒子標(biāo)記出了巖樣損傷區(qū)域。通過和單軸壓縮試驗結(jié)果進(jìn)行對比,得到以下結(jié)論:GPD法可以有效的模擬脆性材料損傷局部化和漸進(jìn)破壞。在此基礎(chǔ)上,模擬了巖樣三軸壓縮試驗,分析了中間主應(yīng)力對巖樣局部損傷區(qū)域影響、巖石峰值強(qiáng)度影響和巖石最終破壞模式影響。(2)利用GPD模擬土質(zhì)邊坡漸進(jìn)破壞。土體邊坡荷載為自重,模型左右邊界通過鬼粒子方法設(shè)置成為自由滑移邊界,其邊界粒子切向速度與實體粒子相同,而法向速度相反。底部通過虛粒子設(shè)置成為固定邊界,其速度設(shè)置為零。模擬結(jié)果得出:土體邊坡內(nèi)部塑性等效應(yīng)變由局部應(yīng)變發(fā)展成為應(yīng)變局部化帶,并且貫通整個邊坡體,形成臨界滑移面。通過有限元軟件對比模擬研究,得出以下結(jié)論:證明GPD法研究土體邊坡變形問題是一個很好的工具,同時克服了有限元軟件的網(wǎng)格畸變?nèi)毕荨?3)為了更進(jìn)一步優(yōu)化GPD算法,節(jié)約計算時間,防止計算結(jié)果出現(xiàn)應(yīng)力不穩(wěn)定現(xiàn)象,造成實體粒子成團(tuán)等缺陷。提出虛擬鍵模型的廣義粒子動力學(xué)法(VB-GPD)。采用Drucker-Prager強(qiáng)度準(zhǔn)則判斷鍵上應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度準(zhǔn)則,當(dāng)鍵上應(yīng)力滿足Drucker-Prager準(zhǔn)則,那么鍵處于塑性狀態(tài)。隨著應(yīng)力增加,塑性鍵數(shù)量也隨之增加,通過非關(guān)聯(lián)流動法則判斷塑性區(qū),從而確定產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域。通過模擬粘土體單軸壓縮試驗,得出土體試樣首先出現(xiàn)塑性應(yīng)變局部化,其逐漸發(fā)展成為應(yīng)變局部化帶,最終導(dǎo)致土體試樣破壞。分析單軸壓縮下土體變形-受力關(guān)系,驗證了VB-GPD法研究塑性變形的可行性,最終應(yīng)用到模擬均勻土質(zhì)邊坡。對比VB-GPD和GPD模擬結(jié)果,可以得出以下結(jié)論:VB-GPD在計算效率方面比GPD有所提高。建立同樣的有限元模型,對比臨界滑裂面、安全系數(shù)和最終破壞形態(tài)可知,VB-GPD可以有效的模擬塑性變形破壞。(4)為了更好的分析裂隙和節(jié)理對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響,本文最后應(yīng)用VB-GPD模型分析含預(yù)制裂紋的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性。建立六種不同裂紋排布的數(shù)值模型,采用重力疊加法施加外部荷載作用。模擬結(jié)果分析了邊坡內(nèi)部裂隙起始、發(fā)展和貫通的過程,得出多種裂紋連接模式。由于強(qiáng)度折減法在粒子法中不能應(yīng)用,因為對于粒子法而言,每一個折減系數(shù)都不存在不收斂的解。因此,本文將重力疊加法引入VB-GPD算法中,求得含裂隙的巖質(zhì)邊坡安全系數(shù)。結(jié)果可知,VB-GPD在分析脆性材料變形和破壞是可行的,為研究巖質(zhì)邊坡提供了一種新的、更深入的方法。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU45
【圖文】：

1 緒 論1 緒 論背景由于我國正在經(jīng)歷經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展以及快速的城鎮(zhèn)化進(jìn)程。臨許多風(fēng)險，其中包括地質(zhì)災(zāi)害和工程類災(zāi)害。例如，2南陽路站軌道交通在施工過程中發(fā)生基坑失穩(wěn)造成土方坍圖 1.1 所示。2010 年 4 月 25 日，臺灣基隆市某高速路段，突然發(fā)生長約、寬約的巨大的山體滑坡，造成了人員傷 1.2 所示。

2010 年 4 月 25 日，臺灣基隆市某高速路段突然發(fā)生長約、寬約的巨大的山體滑坡，造成了人員.2 所示。圖 1.1 鄭州地鐵深基坑塌方Fig. 1.1 Zhengzhou subway deep foundation pit collapse

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文4 月 2 日，位于吉林省境內(nèi)，高鐵施工過程中，隧道發(fā)現(xiàn)場圖片如圖 1.3 所示。然而，造成這些災(zāi)害的發(fā)生最部出現(xiàn)局部損傷，局部損傷逐漸發(fā)展，最終導(dǎo)致了工程景之下，研究巖土體損傷局部化發(fā)生過程和機(jī)理，合部位（區(qū)域），從而制定有效的預(yù)防措施，對我國基礎(chǔ)義。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 胡晶;姚仰平;羅汀;;基于UH模型的土體變形局部化分析[J];巖土工程學(xué)報;2015年S1期

2 陸銀龍;王連國;;基于微裂紋演化的巖石蠕變損傷與破裂過程的數(shù)值模擬[J];煤炭學(xué)報;2015年06期

3 李宏儒;胡再強(qiáng);馮飛;劉寅;;結(jié)構(gòu)性黃土二元介質(zhì)本構(gòu)模型在局部化剪切帶中的應(yīng)用[J];巖土力學(xué);2012年09期

4 曾亞武;黎玲;熊俊;曹源;;基于塑性體積應(yīng)變的梯度塑性理論研究[J];長江科學(xué)院院報;2012年08期

5 楊海清;周小平;;灰?guī)r單軸壓縮損傷演化試驗研究[J];土木工程學(xué)報;2010年05期

6 張恒;袁聚云;董建國;;考慮黏性土應(yīng)變局部化的深基坑設(shè)計研究[J];巖土工程學(xué)報;2008年S1期

7 呂璽琳;錢建固;黃茂松;;基于分叉理論的軸對稱條件下巖石變形帶分析[J];水利學(xué)報;2008年03期

8 李元海;靖洪文;朱合華;上野勝利;;基于圖像相關(guān)分析的土體剪切帶識別方法[J];巖土力學(xué);2007年03期

9 葉朝漢;袁聚云;徐楓;董建國;;應(yīng)變局部化理論在基坑設(shè)計中的應(yīng)用[J];巖土工程學(xué)報;2006年S1期

10 劉繼國;;端部摩擦對應(yīng)變局部化影響的數(shù)值模擬[J];土工基礎(chǔ);2006年05期

本文編號：2787933