一种模拟岩石破裂的细观数值计算模型 被引量：19

1

作者 姚池 姜清辉 +1 位作者 邵建富 周创兵 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期3146-3153,共8页

建立随机均布Voronoi图的生成算法,以这种网格划分方式作为刚块弹簧元法(RBSM)的基本计算网格。同时,将刚体弹簧方法的界面中点接触模型改为整个界面的均布接触模型,结合界面抗拉强度和莫尔–库仑准则,给出一个能同时考虑模式Ⅰ和Ⅱ的... 建立随机均布Voronoi图的生成算法,以这种网格划分方式作为刚块弹簧元法(RBSM)的基本计算网格。同时,将刚体弹簧方法的界面中点接触模型改为整个界面的均布接触模型,结合界面抗拉强度和莫尔–库仑准则,给出一个能同时考虑模式Ⅰ和Ⅱ的断裂破坏的界面破坏模型。大量数值试验表明,以随机Voronoi图为基本计算网格,块体平均尺寸和排列方式对宏、细观弹性参数之间的关系影响很小,从而克服了颗粒离散元法的网格依赖性和宏、细观参数繁琐的标定程序。将该数值模型计算结果与Vienne岩石试验结果对比,数值模拟结果与试验结果在变形和强度都吻合较好,且随着围压的增大,应力–应变曲线的峰后下降趋势逐渐放缓,在围压为40 MPa时接近水平,表现出明显的由脆性向延性过渡的趋势。 展开更多

关键词 岩石力学 刚体弹簧元法 岩石破裂 VORONOI图 网格依赖性

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基于刚体弹簧法的钢筋混凝土结构破坏过程模拟方法 被引量：4

2

作者 赵超 钟新谷 +2 位作者 刘波 张天予 石卫华 《矿业科学学报》 2018年第2期129-138,共10页

针对现有连续数值方法难以准确描述裂缝特征以及非连续数值方法不能反映结构刚度的问题,给出了一种基于刚体弹簧模型分析钢筋混凝土结构破坏过程的数值方法。采用刚体弹簧模型模拟混凝土,并基于Voronoi图生成其随机网格;采用杆单元模拟... 针对现有连续数值方法难以准确描述裂缝特征以及非连续数值方法不能反映结构刚度的问题,给出了一种基于刚体弹簧模型分析钢筋混凝土结构破坏过程的数值方法。采用刚体弹簧模型模拟混凝土,并基于Voronoi图生成其随机网格;采用杆单元模拟钢筋,并通过设置在单元节点上的黏结滑移单元与混凝土连接;通过单轴应力-应变曲线定义混凝土界面弹簧刚度,并采用Mohr-Coulomb强度准则判断混凝土的剪切破坏行为;基于FORTRAN语言编制了相应的计算程序,并将其应用于典型Z形构件和钢筋混凝土简支梁的破坏过程模拟。数值计算结果与试验结果的对比分析表明:所给方法能够较为准确地模拟结构的开裂行为,能够反映裂缝的位置、形态等特征,对于结构极限承载力和开裂后刚度的预测与试验结果基本吻合,是模拟钢筋混凝土结构破坏过程的一种可行且有效的方法。 展开更多

关键词 钢筋混凝土 破坏过程模拟 刚体弹簧法 裂缝扩展 材料非线性

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雅砻江孟底沟水电站拱坝拱座抗滑稳定研究 被引量：2

3

作者 庞明亮 胡筱 +1 位作者 尤林 李竞波 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期1678-1687,共10页

保证拱坝的拱座稳定是拱坝设计和建设的重要问题。孟底沟拱坝两岸抗力体内以断层及蚀变带为代表的各种结构面相对发育且类型复杂,这些结构面相互组合形成的可能滑移块体的稳定问题对孟底沟拱坝方案的成立构成了较大的威胁。本文以传统... 保证拱坝的拱座稳定是拱坝设计和建设的重要问题。孟底沟拱坝两岸抗力体内以断层及蚀变带为代表的各种结构面相对发育且类型复杂,这些结构面相互组合形成的可能滑移块体的稳定问题对孟底沟拱坝方案的成立构成了较大的威胁。本文以传统的刚体极限平衡法及新兴的刚体弹簧元法为主要数值分析方法,结合拱坝——基础整体地质力学模型试验,对孟底沟拱坝坝肩抗滑稳定进行了全面深入的计算分析与论证。通过综合数值分析和模型试验的结果对拱坝的拱座稳定性做出了综合评判,识别了坝肩岩体相对薄弱的部位,并对增强拱坝坝肩稳定的工程措施提出了合理建议。 展开更多

关键词 拱座抗滑稳定 断层 刚体极限平衡法 刚体弹簧元法 地质力学模型试验

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基于改进刚体弹簧方法的地下厂房塌方过程模拟

4

作者 曾思智 赵明 姚池 《水力发电》 北大核心 2016年第1期53-57,共5页

基于改进刚体弹簧方法,对大岗山水电站地下厂房第I层开挖时出现的塌方进行数值模拟。计算研究发现,塌方主要是在破碎带β_(80)和β_(101)、岩脉C_(12)和C_(13)以及优势裂隙等地质结构的不利组合条件下由洞室开挖诱发的。计算结果与实际... 基于改进刚体弹簧方法,对大岗山水电站地下厂房第I层开挖时出现的塌方进行数值模拟。计算研究发现,塌方主要是在破碎带β_(80)和β_(101)、岩脉C_(12)和C_(13)以及优势裂隙等地质结构的不利组合条件下由洞室开挖诱发的。计算结果与实际观测基本吻合,解释了地下厂房的塌方机理。 展开更多

关键词 地下厂房 洞室破坏 结构面 刚体弹簧方法 大岗山水电站

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加锚岩体细观破坏数值模拟

5

作者 姚池 牛江瑞 刘智博 《水力发电》 北大核心 2015年第6期36-38,112,共4页

将端部锚杆模型应用到改进刚体弹簧方法中,建立了加锚岩体细观破坏数值模型。考虑拉裂和剪切2种破坏模式,拉裂破坏通过拉裂强度进行判断,剪切破坏通过Hoek-Brown准则进行判断。算例表明,锚杆的施加在细观尺度上遏制了张拉裂隙的产生并... 将端部锚杆模型应用到改进刚体弹簧方法中,建立了加锚岩体细观破坏数值模型。考虑拉裂和剪切2种破坏模式,拉裂破坏通过拉裂强度进行判断,剪切破坏通过Hoek-Brown准则进行判断。算例表明,锚杆的施加在细观尺度上遏制了张拉裂隙的产生并使剪切裂隙相应增多,显著提高岩体的单轴抗压强度,并抑制岩体的侧向变形。 展开更多

关键词 加锚岩体 强度 细观破坏 刚体弹簧方法 数值模型

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随机网格的刚体弹簧模型及其断裂力学应用

6

作者 赵超 刘波 钟新谷 《湖南科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2018年第1期35-41,共7页

基于刚体弹簧法的基本原理,给出了一种用于模拟混凝土断裂力学问题且能够显式描述裂缝的非连续数值方法.采用刚体弹簧模型模拟混凝土,并基于Voronoi图生成其随机网格;采用混凝土单轴应力-应变曲线定义混凝土界面弹簧刚度,并通过能量释... 基于刚体弹簧法的基本原理,给出了一种用于模拟混凝土断裂力学问题且能够显式描述裂缝的非连续数值方法.采用刚体弹簧模型模拟混凝土,并基于Voronoi图生成其随机网格;采用混凝土单轴应力-应变曲线定义混凝土界面弹簧刚度,并通过能量释放率考虑混凝土受拉软化现象;采用Mohr-Coulomb准则判断混凝土的剪切破坏行为,并考虑了骨料咬合作用对抗剪的影响.选取典型的双边缺口板和单边缺口简支梁为研究对象,通过与试验结果对比分析验证了本文方法的有效性.结果表明：所给方法能够简单合理地模拟结构的开裂行为,对于结构的开裂模式有很好的识别能力,是分析混凝土断裂力学问题的一种可行且有效的方法. 展开更多

关键词 混凝土结构 断裂力学 刚体弹簧法 裂缝扩展 VORONOI图

原文传递

应力作用下软硬互层岩石破裂过程的细观模拟 被引量：22

7

作者 姚池 李瑶 +1 位作者 姜清辉 周创兵 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期1542-1551,共10页

采用数值模拟方法研究软硬互层岩石材料在不同围压条件下的压缩破坏过程。利用改进刚体弹簧方法,模拟细观裂隙的起裂和扩展过程。界面破坏准则结合莫尔–库仑准则和抗拉强度准则,能同时考虑拉裂和剪切2种破坏模式。岩石材料由以Voronoi... 采用数值模拟方法研究软硬互层岩石材料在不同围压条件下的压缩破坏过程。利用改进刚体弹簧方法,模拟细观裂隙的起裂和扩展过程。界面破坏准则结合莫尔–库仑准则和抗拉强度准则,能同时考虑拉裂和剪切2种破坏模式。岩石材料由以Voronoi图形为基础的块体集合表征为显式模拟结构面,提出一种分步插点的计算网格自动生成算法。对已有的典型实验进行计算,模拟得到不同围压下不同倾角数值试件的破坏模式和抗压强度。与实验结果的对比表明,改进刚体弹簧方法能够定性和定量地描述由于软硬互层结构引起的抗压强度各向异性,不同围压条件下得到的破坏模式也与实验结果吻合良好。 展开更多

关键词 岩石力学 裂隙扩展 软硬互层 各向异性 刚体弹簧方法

原文传递

百色RCC重力坝右岸挡水坝段滑移模式及滑移路径的研究 被引量：7

8

作者 裴建良 张建海 +2 位作者 陆民安 向俐蓉 滕丽 《四川大学学报（工程科学版）》 EI CAS CSCD 2003年第2期36-40,共5页

首先采用非线性有限元法,对百色RCC重力坝右岸9B坝段进行破坏模式的研究,确定坝基可能滑移路径范围,而后采用非线性刚体弹簧元法,对可能的滑移路径进行危险滑块搜索,提出各种滑动组合的安全系数,从而确定了最危险滑移路径处于坝基面以... 首先采用非线性有限元法,对百色RCC重力坝右岸9B坝段进行破坏模式的研究,确定坝基可能滑移路径范围,而后采用非线性刚体弹簧元法,对可能的滑移路径进行危险滑块搜索,提出各种滑动组合的安全系数,从而确定了最危险滑移路径处于坝基面以下浅层,滑移通道为从上游坝踵拉裂区沿近直线方式向下游坝趾滑出,最小安全系数KS=3.95。 展开更多

关键词 重力坝 破坏模式 滑移路径 坝基 非线性有限元法 安全系数 刚体弹簧元法 百色水利枢纽

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大岗山高拱坝坝肩刚体弹簧元抗滑稳定分析 被引量：4

9

作者 殷荣岗 张建海 刘喜康 《水利与建筑工程学报》 2012年第3期121-125,共5页

为研究大岗山高拱坝的坝肩抗滑稳定性,采用刚体弹簧元法对大岗山高拱坝坝肩滑块稳定性展开研究,并与刚体极限平衡法成果进行对比。计算结果表明,水推力是影响滑块稳定性的主要因素,摩擦系数较凝聚力对滑块的稳定性影响更为显著,相比刚... 为研究大岗山高拱坝的坝肩抗滑稳定性,采用刚体弹簧元法对大岗山高拱坝坝肩滑块稳定性展开研究,并与刚体极限平衡法成果进行对比。计算结果表明,水推力是影响滑块稳定性的主要因素,摩擦系数较凝聚力对滑块的稳定性影响更为显著,相比刚体极限平衡法,二者滑块抗滑稳定安全系数规律一致,刚体弹簧元计算考虑了坝体与地基的相互作用和坝基的地质特征,结果更为合理。 展开更多

关键词 大岗山高拱坝 刚体弹簧元法 坝肩滑块 稳定系数

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含两条共面非贯通裂隙岩石的单轴压缩特性数值研究 被引量：4

10

作者 李瑶 姚池 《水电能源科学》 北大核心 2014年第9期127-130,106,共5页

为了解加载方向对含两条共面非贯通裂隙岩石破坏特性和破坏强度的影响,以随机均布Voronoi图为基础,精细化地描述了裂隙岩石的细观结构,生成了7个不同裂隙倾角的数值试件,基于改进刚体弹簧法,对7个不同裂隙倾角的试件进行单轴压缩数值试... 为了解加载方向对含两条共面非贯通裂隙岩石破坏特性和破坏强度的影响,以随机均布Voronoi图为基础,精细化地描述了裂隙岩石的细观结构,生成了7个不同裂隙倾角的数值试件,基于改进刚体弹簧法,对7个不同裂隙倾角的试件进行单轴压缩数值试验,并从宏观和细观两个尺度模拟了倾角不同的7个岩石试件的贯通模式、变形和强度特性。结果表明,当倾角为0°时,共面裂隙不贯通;当倾角为15°、30°、45°和90°时,共面裂隙间接贯通;当倾角为60°和75°时,共面裂隙直接贯通;裂隙岩石在强度上表现出明显的各向异性。 展开更多

关键词 共面裂隙 单轴压缩 改进刚体弹簧法 数值模拟 非贯通

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基于改进刚体弹簧方法的开挖损伤演化分析 被引量：3

11

作者 姚池 李瑶 +2 位作者 姜清辉 杨建华 周创兵 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1959-1966,共8页

基于改进刚体弹簧方法研究结构面在围岩开挖过程中的响应及围岩损伤区范围。改进刚体弹簧方法基于Voronoi网格,能够显式模拟细观裂隙的起裂、扩展和贯通过程。界面破坏准则结合了Hoek-Brown准则和抗拉强度准则,能同时考虑拉裂和剪切2种... 基于改进刚体弹簧方法研究结构面在围岩开挖过程中的响应及围岩损伤区范围。改进刚体弹簧方法基于Voronoi网格,能够显式模拟细观裂隙的起裂、扩展和贯通过程。界面破坏准则结合了Hoek-Brown准则和抗拉强度准则,能同时考虑拉裂和剪切2种破坏模式。计算采用渐变式的网格,对重点关注区域进行网格局部加密,这种方式可以精细考虑开挖面附近的围岩损伤同时提高计算效率。为验证模型的合理性,在弹性条件下对一个简单算例进行计算,计算结果与有限元结果吻合良好。以锦屏二级水电站引水隧洞为例,计算NWW向优势陡倾节理在不同开挖步对围岩损伤区的影响,损伤区分布规律与现场观测结果基本吻合。 展开更多

关键词 岩石力学 裂隙扩展 结构面 开挖损伤区 刚体弹簧方法

原文传递

多组非贯通裂隙岩石的压缩特性数值研究 被引量：3

12

作者 杨善统 李瑶 +1 位作者 姚池 张小波 《科学技术与工程》 北大核心 2015年第17期85-90,共6页

裂隙岩体力学性质研究是非常复杂的课题,非贯通裂隙岩石的力学行为与裂隙的几何产状密切相关,裂纹的扩展贯通直接影响岩石的破坏。采用改进刚体弹簧方法,以随机均布Voronoi图为基础,生成不同裂隙产状的岩石数值模型,模拟含多组非贯通裂... 裂隙岩体力学性质研究是非常复杂的课题,非贯通裂隙岩石的力学行为与裂隙的几何产状密切相关,裂纹的扩展贯通直接影响岩石的破坏。采用改进刚体弹簧方法,以随机均布Voronoi图为基础,生成不同裂隙产状的岩石数值模型,模拟含多组非贯通裂隙岩石的细观起裂和扩展过程。从细观和宏观两个方面分析了预制裂隙的贯通模式及其对岩石宏观破坏模式的影响;并得到沿平面破坏、阶梯状破坏、沿次生块体转动破坏三种破坏模式。通过分析岩石渐进破坏过程揭示其破坏机理;且定量分析了裂隙岩石在强度上表现出的各向异性特征。将数值计算结果与已有的岩石试验结果对比分析,表明数值与试验结果吻合较好。 展开更多

关键词 非贯通裂隙 改进刚体弹簧方法 数值模拟 破坏模式 各向异性

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断层对孟底沟高拱坝坝肩变位及稳定性的影响研究 被引量：2

13

作者 吴玉龙 张建海 +2 位作者 李仁鸿 胡筱 黄志刚 《水利与建筑工程学报》 2016年第4期141-146,共6页

孟底沟水电站高拱坝由于左岸坝肩岩体受到f1、f2、f6断层的切割,使得左坝肩形成了四个大块体。由于f6与库水连通,若不做处理,蓄水后作用在f6上的全水头渗压势必将使左岸坝肩岩体向河谷变形。因此左坝肩岩体变形连续性,拱坝坝体变位对称... 孟底沟水电站高拱坝由于左岸坝肩岩体受到f1、f2、f6断层的切割,使得左坝肩形成了四个大块体。由于f6与库水连通,若不做处理,蓄水后作用在f6上的全水头渗压势必将使左岸坝肩岩体向河谷变形。因此左坝肩岩体变形连续性,拱坝坝体变位对称性及坝肩控制性滑块稳定性成为该工程的突出问题。充分考虑左岸坝肩断层交汇和切割关系,采用刚体弹簧元法对上述问题进行了计算分析和研究。结果表明:f6断层水压推力作用将使得断层交汇处出现不连续变形,断层产生错动现象,断层交汇点最大错动位移达到2.03 cm,同时削弱了拱坝坝体变位对称性,左右半拱顺河向和横河向最大位移差分别为1.42 cm和0.86 cm;坝肩控制性滑移块体稳定安全系数下降,最大降幅可达18.19%。建议对f6进行封堵或者置换处理,防止库水侵入山体。 展开更多

关键词 断层错动 坝体变位 滑块稳定 刚体弹簧元 孟底沟

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