本文關(guān)鍵詞：非連續(xù)變形分析（DDA）方法的開裂算法研究　出處：《西南科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 非連續(xù)變形分析(DDA)方法 巖石開裂破壞 子塊體單元開裂算法 數(shù)值模擬

【摘要】：巖體破壞模擬是計(jì)算巖土力學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題,其中連續(xù)巖石介質(zhì)的開裂破壞是巖體破壞的重要形式。本文采用非連續(xù)變形分析(DDA)方法模擬連續(xù)巖石介質(zhì)的開裂破壞,著重研究和發(fā)展了一種新型DDA開裂模擬算法。首先在DDA方法中引入巖石細(xì)觀非均勻性模型,對(duì)非均勻巖石試件的開裂破壞進(jìn)行模擬。發(fā)現(xiàn)在原有的DDA子塊體節(jié)理面開裂算法中由于開裂只能沿虛擬節(jié)理面發(fā)生,開裂破壞的模擬結(jié)果受網(wǎng)格劃分的影響較大,且計(jì)算效率較低。為此,本文發(fā)展了一種DDA子塊體單元開裂算法,允許裂紋貫穿子塊體單元。具體研究工作概括如下:(1)為真實(shí)再現(xiàn)巖石材料的開裂破壞,基于Weibull分布函數(shù),在DDA方法中引入了考慮彈性和強(qiáng)度參數(shù)非均勻性的巖石細(xì)觀非均勻性模型。采用DDA子塊體節(jié)理面開裂算法對(duì)巴西圓盤劈裂實(shí)驗(yàn)和方件單軸壓縮實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了計(jì)算,在細(xì)觀線性本構(gòu)下得到了巖石的宏觀非線性力學(xué)響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,對(duì)含有不同傾角中心裂紋缺陷的圓盤及方件模型的破壞進(jìn)行了計(jì)算,探討了非均勻性對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。(2)通過以上模擬工作發(fā)現(xiàn),由于裂紋只能沿預(yù)置虛擬節(jié)理面發(fā)生,真實(shí)開裂路徑只能通過裂紋帶逼近,因此需要采用足夠小的子塊體單元來減小網(wǎng)格劃分對(duì)開裂路徑的影響,計(jì)算效率低。為此,發(fā)展了DDA子塊體單元開裂算法,即允許裂紋貫穿子塊體。通過對(duì)初始模型加點(diǎn),搜索不連續(xù)面回路以及定義裂紋尖端完成子塊體開裂前的準(zhǔn)備,然后基于修正的莫爾庫侖準(zhǔn)則,對(duì)子塊體的開裂破壞進(jìn)行判斷,最終形成新的子塊體,并對(duì)開裂后子塊體的應(yīng)力、應(yīng)變、接觸等信息進(jìn)行傳遞更新。編寫了相應(yīng)的程序代碼。(3)采用新的開裂算法對(duì)經(jīng)典巴西圓盤劈裂和霍普金森桿層裂實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬,模擬結(jié)果與相應(yīng)的理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,初步驗(yàn)證了DDA子塊體單元開裂算法的可行性。與DDA子塊體節(jié)理面開裂算法相比,新的開裂算法所得的開裂路徑不再需要裂紋帶來逼近,開裂方向受網(wǎng)格劃分的影響減小,模擬對(duì)網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)目的需求降低,因此開裂路徑更為準(zhǔn)確,計(jì)算效率更高。(4)將DDA子塊體單元開裂算法應(yīng)用到巖石材料的開裂破壞問題當(dāng)中,對(duì)三點(diǎn)彎曲梁斷裂、方件的簡單拉壓破壞、巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)進(jìn)行了模擬與分析,結(jié)果表明DDA子塊體單元開裂算法可以較好地解決巖石材料中的裂紋發(fā)育擴(kuò)展問題,從而為一些巖石破裂失穩(wěn)工程問題的解決提供了數(shù)值手段。
[Abstract]:Rock mass failure simulation is a hot issue in the field of computing geotechnical mechanics. The cracking and failure of continuous rock medium is an important form of rock mass failure. In this paper, the method of discontinuous deformation analysis (DDA) is used to simulate the cracking and failure of continuous rock medium. A new DDA crack simulation algorithm is studied and developed. Firstly, the rock mesoscale nonuniformity model is introduced into the DDA method. The cracking failure of non-uniform rock specimen is simulated. It is found that in the original DDA sub-block joint cracking algorithm, the crack can only occur along the virtual joint surface. The simulation results of cracking and failure are greatly affected by mesh generation, and the computational efficiency is low. Therefore, a cracking algorithm of DDA sub-block element is developed in this paper. The concrete research work is summarized as follows: 1) it is a true representation of cracking and failure of rock materials based on Weibull distribution function. The rock meso inhomogeneity model considering the inhomogeneity of elastic and strength parameters is introduced into the DDA method. The splitting experiment of Brazilian disk and uniaxial compression experiment of square parts are carried out by using DDA subblock joint crack algorithm. Calculated. The macroscopic nonlinear mechanical response of rock is obtained under the meso-linear constitutive model. On the basis of this, the failure of disk and square model with crack defects at different dip angles are calculated. The influence of inhomogeneity on the calculation results is discussed. (2) through the simulation work above, it is found that because the crack can only occur along the prefabricated joint plane, the real crack path can only be approached by the crack band. Therefore, it is necessary to reduce the effect of mesh generation on the cracking path by using sub-block elements that are small enough, and the computational efficiency is low. Therefore, the cracking algorithm of DDA sub-block elements is developed. By adding points to the initial model, searching the discontinuous surface loop and defining the preparation before the crack tip completes the sub-block cracking, the modified Mohr Coulomb criterion is used. The cracking failure of sub-block is judged, and a new sub-block is formed, and the stress and strain of sub-block after cracking are analyzed. The new crack algorithm is used to simulate the classical Brazilian disk splitting and Hopkinson bar spallation experiments. The simulation results are in good agreement with the corresponding theoretical and experimental results, which preliminarily verify the feasibility of the DDA sub-block element cracking algorithm, compared with the DDA sub-block joint plane cracking algorithm. The crack path obtained by the new crack algorithm no longer needs to be approximated by the crack, and the crack direction is reduced by the mesh division, and the demand for the number of mesh division is reduced by the simulation, so the crack path is more accurate. The DDA sub-block element cracking algorithm is applied to the cracking and failure problem of rock material. The fracture of three-point bending beam and the simple tension-compression failure of square part are studied. The simulation and analysis of rock slope instability show that DDA subblock element cracking algorithm can solve the problem of crack growth and propagation in rock materials. This provides a numerical method for solving some problems of rock fracture instability engineering.
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU45

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本文編號(hào)：1362430