發(fā)布時(shí)間：2018-10-30 17:46

【摘要】：工程建設(shè)過程中,巖土體的穩(wěn)定是其它結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。由于巖土體的宏觀失穩(wěn)破壞皆為細(xì)觀結(jié)構(gòu)累積變形發(fā)展的結(jié)果,而對(duì)此類問題的傳統(tǒng)分析多采用有限元或有限差分的連續(xù)元模型算法,已不能滿足從細(xì)觀力學(xué)角度分析巖土結(jié)構(gòu)變形本質(zhì)的需要。如何采用更為科學(xué)的方法對(duì)巖土體穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià),保障工程建設(shè)安全順利施工,是巖土學(xué)術(shù)界與工程界亟待解決的重大技術(shù)難題。連續(xù)-離散耦合算法作為一種巖土工程數(shù)值模擬計(jì)算方法,利用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)接口,通過在連續(xù)元和離散元軟件之間進(jìn)行力和速率等數(shù)據(jù)的傳遞而同步計(jì)算,可同時(shí)獲得宏觀和細(xì)觀的計(jì)算結(jié)果。該方法不僅可利用連續(xù)元對(duì)大型巖土體模型便捷建模和快速計(jì)算的優(yōu)勢(shì),而且能避免大量離散元顆粒模型計(jì)算時(shí)間過長的缺點(diǎn)。目前,連續(xù)-離散耦合算法的進(jìn)一步開發(fā),以及結(jié)合該算法從宏細(xì)觀協(xié)同分析的角度研究巖土體受力變形的方法,已成為巖士工程界的熱點(diǎn)研究課題。本文以連續(xù)-離散耦合數(shù)值計(jì)算方法為基礎(chǔ),以類土質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,結(jié)合強(qiáng)度折減、有效應(yīng)力等理論,從連續(xù)-離散耦合的關(guān)鍵步驟細(xì)化研究入手,綜合利用理論分析、數(shù)值模擬、監(jiān)控量測(cè)等技術(shù)于段,結(jié)合大型室內(nèi)相似試驗(yàn)研究成果,對(duì)連續(xù)-離散耦合在巖土體穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)的方法和應(yīng)用上開展研究,主要研究成果包括：(1)通過分析總結(jié)現(xiàn)有宏細(xì)觀參數(shù)相關(guān)性和參數(shù)匹配研究的內(nèi)容,借助離散元雙軸加載數(shù)值試驗(yàn),結(jié)合宏觀剪切強(qiáng)度標(biāo)定(應(yīng)力摩爾圓包絡(luò)線)和材料木構(gòu)特征標(biāo)準(zhǔn)(應(yīng)力-應(yīng)變曲線)兩種參數(shù)匹配方法各有的優(yōu)劣勢(shì),從參數(shù)分類入于,對(duì)細(xì)觀參數(shù)逐一分析,進(jìn)行初始值假定和經(jīng)驗(yàn)性設(shè)定,并在單一參數(shù)變化和多個(gè)參數(shù)變化對(duì)宏觀剪切強(qiáng)度的影響關(guān)系中總結(jié)規(guī)律。通過多因素正交試驗(yàn)方法及其對(duì)計(jì)算結(jié)果的優(yōu)化研究,獲得了較為合理的宏細(xì)觀參數(shù)匹配方案。(2)連續(xù)-離散耦合數(shù)值模擬方法的禍合域是宏細(xì)觀協(xié)同分析的基礎(chǔ)。從闡述耦合域的選取確定對(duì)連續(xù)-離散耦合方法應(yīng)用的重要性角度出發(fā),通過在不同類型的邊坡案例中耦合區(qū)域選取的特征,結(jié)合邊坡的開挖和加載過程中宏觀剪應(yīng)變?cè)隽亢图?xì)觀接觸力、位移和破裂機(jī)制,對(duì)連續(xù)-離散耦合模型的離散耦合域的確定方法從巖土體變形速率、受力和位移特征方面進(jìn)行了研究,對(duì)耦合域的位置和尺寸的選取均定義了可靠的選取依據(jù)。(3)基于對(duì)連續(xù)-離散耦合算法普遍適用性和邊坡應(yīng)用性,對(duì)原始命令流進(jìn)行二次開發(fā),在連續(xù)元網(wǎng)格單元耦合區(qū)域、fishtank耦合模塊調(diào)用控制以及邊坡連續(xù)-離散耦合模型的建立方面進(jìn)行了一系列的優(yōu)化研究,不但對(duì)連續(xù)域和離散域數(shù)據(jù)傳輸邊界重新定義,而且為耦合區(qū)域的隨機(jī)選取和邊坡結(jié)構(gòu)的連續(xù)-離散耦合模型宏細(xì)觀協(xié)同分析的分步驟變形監(jiān)測(cè)方法奠定了基礎(chǔ)。(4)基于強(qiáng)度折減理論,對(duì)類土質(zhì)風(fēng)化巖邊坡進(jìn)行了連續(xù)-離散耦合數(shù)值模擬分析,從宏細(xì)觀位移變化的一致性、邊坡剪應(yīng)變?cè)隽颗c位移變化方向的關(guān)系、邊坡塑性變形區(qū)變化與破裂數(shù)量改變的相關(guān)性,以及宏觀位移與細(xì)觀接觸力主方向變化的關(guān)聯(lián)等,表明了連續(xù)-離散耦合方法在巖土邊坡穩(wěn)定性分析中的有效應(yīng)用,從宏細(xì)觀協(xié)同的角度剖析了巖土體受力變形的內(nèi)在機(jī)制。(5)建立大型尾礦壩室內(nèi)相似試驗(yàn),對(duì)邊坡在含水狀態(tài)下的穩(wěn)定性分析進(jìn)行了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和研究。該模型為國內(nèi)尾礦庫大尺度模型之一。尾礦壩室內(nèi)試驗(yàn)尺寸和取材均來自于尾礦庫現(xiàn)場,對(duì)其采用不同加載方式模擬堆載方式,不同加載速率模擬堆載速率,獲得水壓力、土壓力、水位、以及土體位移變形等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),建立了散體材料在富水條件下的相似分析模型,有效分析了尾礦壩在含水飽和狀態(tài)下的失穩(wěn)機(jī)理。(6)在室內(nèi)試驗(yàn)幾何模型基礎(chǔ)上,基于有效應(yīng)力原理,引入浮重度參數(shù),建立連續(xù)-離散耦合數(shù)值模型。根據(jù)尾礦壩的浸潤線特征,對(duì)浸潤線上下分別采用非飽和、飽和土層參數(shù),進(jìn)行靜水作用下的宏細(xì)觀協(xié)同分析,驗(yàn)證了連續(xù)-離散耦合數(shù)值分析方法在含水尾礦壩穩(wěn)定性分析中的有效性。并進(jìn)一步結(jié)合山西襄汾尾礦壩失穩(wěn)案例,通過模擬該壩體加載和失穩(wěn)原型,對(duì)比應(yīng)力-滲流耦合模型的位移和塑性變形結(jié)果,從細(xì)觀接觸力與宏觀位移的關(guān)系、接觸力分量與接觸力鏈的相關(guān)性方面,對(duì)大型尾礦壩的失穩(wěn)及潰壩成因進(jìn)行了合理解釋。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU43

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本文編號(hào)：2300721