模拟喷射混凝土或衬砌支护的大变形衬砌单元模型

本文利用大变形有限元的基本理论,提出了有限元大变形衬砌单元模型,并推导了其相关的大变形有限元计算公式,成功地解决了岩土工程喷射混凝土或衬砌支护的大变形有限元模拟计算问题,具有广泛的理论意义及实用价值。     

土坡有限元稳定分析若干问题探讨

详细探讨了用有限元方法分析土坡稳定所遇到的问题及处理方法 ,主要包括: 有限元前后处理 ;有限元计算范围及网格划分对计算结果的影响 ;安全系数的定义 ;最危险滑动圆心位置及临界滑动面的形状等问题。     

断裂问题的扩展有限元法研究

扩展有限元（extended finite element method,XFEM）是近年来发展起来的、在常规有限元框架内求解不连续问题的有效数值计算方法,其基于单位分解的思想,在常规有限元位移模式中加入能够反映裂纹面不连续性的跳跃函数及裂尖渐进位移场函数,避免了采用常规有限元计算断裂问题时需要对裂纹尖端重新加密网格造成的不便。在推导扩展有限元算法的基础上,分析了应力强度因子的J积分计算方法及积分区域的选取。采用XFEM对I型裂纹进行了计算,有限元网格独立于裂纹面,无需在裂纹尖端加密网格;分析了积分区域、网格密度对应力强度因子计算精度的影响,指出了计算应力强度因子的合适参数,验证了此方法的可靠性和准确性。     

一种有限元转化为颗粒离散元的方法及其应用研究

为了充分发挥有限元与颗粒离散元各自的优势,提出了一种由有限元转化为颗粒流的方法。数值模型首先用较粗的有限元网格进行离散,并在单元上引入连续介质本构模型。力学计算开始后,实时跟踪各单元的应力状态。一旦某单元的应力满足Mohr-Coulomb准则或最大拉应力准则,删除该单元,同时创建具有一定数目、随机分布且微嵌入的颗粒簇。其后,该单元所在区域的非连续变形及失稳断裂由颗粒簇演化获得。各颗粒的质量、材料参数、速度、位移、接触力等信息根据插值从有限元单元中继承。为了实现有限元与颗粒流接触面的耦合计算,引入了点-棱（二维）及点-面（三维）接触模型,通过法向及切向弹簧实现接触力的计算。颗粒球与有限元板的碰撞分析、单轴压缩、岩石切割等案例展示了上述方法的精确性及合理性。     

节理网络有限元在倾倒斜坡稳定分析中的应用

节理网络有限元是指具有节理网络模拟功能的有限元,它不但能将野外节理统计特征直接输入到模型中,同时允许节理按一定的破坏准则产生屈服,从而较好地模拟边坡的实际结构及破坏特征。论述了倾倒变形边坡的分析方法及存在的问题,介绍了节理网络有限元的功能及参数输入,说明了其在倾倒变形边坡应用中的优势,并以黄河上游茨哈峡电站Ⅰ号倾倒体为例,计算了该倾倒边坡的稳定性及破坏趋势,结果表明,节理网络有限元是倾倒变形边坡稳定分析的一种有效、可靠的方法。     

边坡稳定可靠度分析的并行随机有限元方法

将Monte-Carlo随机方法与并行有限元方法结合,设计了基于PC机群的并行随机有限元算法,每一次随机模拟产生一个随机场,作为一个样本,代入有限元进行稳定性计算,发挥并行有限元计算量大、计算速度快的特点,克服了Monte-Carlo方法计算时间长的缺点。用C++语言结合MPI消息传递接口开发了相应的计算软件,计算了1 000个随机样本的边坡可靠度问题,验证了程序的可靠性及高效性。     

铁路路基动力响应的2.5D有限元方法研究现状及展望

作为一种频域计算方法,2.5D有限元具备计算效率高、内存占用小等优势,同时也存在诸多局限。经过20余年的发展,2.5D有限元方法已经具备了描述复杂土体本构关系和复杂路基几何特征条件下铁路路基动力响应的能力。荷载输入方法、建模策略和波动吸收边界的持续优化使得2.5D有限元方法的精度不断提高,二维插值方法则为进一步提升计算效率提供了思路。目前,2.5D有限元已经成为铁路路基动力响应研究中的常用方法。为了理清铁路路基动力响应2.5D有限元方法的发展脉络,分别从荷载输入、路基系统、响应输出和计算精度及效率的提升方面总结了其发展现状,介绍了2.5D有限元在发展过程中遇到的瓶颈问题及解决对策。在此基础上,针对算法的精度和效率、研究的对象和内容进行了进一步的讨论和展望。     

桩基水平位移的有限元模拟

有限元数值计算方法在岩土工程中已有较多的应用,但在水平受荷桩分析计算中的应用尚不普遍。有关水平受荷桩土体系水平承载力及变形的数值模拟方法少有文献报道。采用有限元数值模拟方法来研究水平受荷桩土体系的水平位移。首先简要分析了水平受荷桩的主要计算方法及原理。然后,基于ABAQUS软件建立了桩土系统二维及三维的有限单元模型,分别通过按现行规范推荐的m法和按Poulos的弹性理论法计算的两个算例,将数值计算方法与解析方法进行了对比计算分析。有限元数值计算结果与解析解基本吻合,说明了所采用有限元数值模拟方法的可靠性及有效性。     

刘家峡水电站扩机工程调压井结构研究

基于三维有限元法,对刘家峡水电站扩机工程调压井结构进行了静力、反应谱分析及非线性有限元分析,评价了结构的荷载效应。首先根据线弹性有限元分析结果,采用拉应力图法对调压井衬砌结构进行了配筋;然后以考虑混凝土开裂的非线性有限元方法校核结构强度和裂缝宽度。通过调整配筋面积,提出了适合于该水电站扩机工程调压井结构的最优结构型式和配筋方案。     

层状岩体地下洞室的Cosserat理论有限元分析

采用一般有限元对互层岩体进行数值分析研究时,要求的单元数量多、建模工作量大;并且难以反映层状岩体的弯曲变形特性。针对这种岩体Cosserat介质模型是一种很有用的有限元等效模型。首先对基于平面应变问题的Cosserat介质理论及扩展模型简略介绍,然后导出了模型的Mohr-Coulomb塑性屈服条件。再利用Matlab平台编制有限元程序,并对地下洞室工程进行数值模拟。将所得结果与传统连续介质法的结果进行对比。结果表明,基于Matlab的Cosserat有限元程序的有效性及解决互层岩体这类问题的适用性与优越性。     

电导率连续变化的线源FCSEM有限元正演模拟

为了更好地模拟地下介质连续变化及开展连续介质的反演,对二维电导率分块线性变化的线源频率域可控源电磁法进行了有限元正演模拟,在剖分单元内同时对电场及电导率参数线性插值,使电导率参数在剖分单元之间保持连续变化。首先,提出有限元正演模拟的边值问题及变分问题,并详细论述了有限元的剖分、插值、单元分析及总体合成的各个步骤;其次,采用稀疏存储及基于不完全LU分解的BICGSTAB算法求解复系数方程组,节省了内存并提高了计算速度;然后,对一个均匀半空间模型进行模拟,计算结果表明,低频及高频的有限元数值解都与解析解吻合,证明了算法的正确性;最后,对水平层状模型及垂直断层模型进行正演计算,视电阻率及相位的等值线图均较好地反映出了异常体,说明文中算法能够对电导率连续变化的线源可控源电磁法进行有效地模拟。     

钙质石灰岩中桩基轴向承载特性的有限元分析

为了研究钙质石灰岩中桩基的合理设计理论及开发相关的变形破坏数值分析方法,利用弹塑性有限元方法对以硫球石灰岩作为持力层的桩基现场轴向载荷试验进行了数值分析。有限元分析中钙质石灰岩被假定为理想弹塑性材料。结果表明,如果能在有限元解析中合理地考虑桩侧摩阻力的低减效果,弹塑性有限元计算可以较好地模拟与分析钙质砂土中桩基的轴向承载力特性。最后还对开口钢管桩基的土塞效应的发生机制进行了分析。     

软土地基上路堤填筑的破坏性状分析

在软土地区建设高速公路、铁路等的填筑路堤越来越多,由于软土的不排水抗剪强度较低,软土地区路堤的填筑十分困难,而软土地基的渗透性很低,通常认为路堤的填筑是在不排水条件下进行。经典的设计方法是基于极限平衡法,无法考虑变形等因素,因此,能综合考虑稳定及变形等因素的有限元方法成为分析此类问题的一种有效手段。依据连云港铁路路堤在软土地基上的填筑试验资料,采用大变形有限元方法及Mohr-Coulomb模型,采用现场试验得到的土体强度值,对平面应变条件下路堤填筑的破坏性状及极限填筑高度等进行了分析,并对比了有限元分析结果及现场试验结果,结果表明,采用大变形有限元方法能够较准确的得到填筑路堤的极限高度,并有效地分析填筑路堤的破坏性状。     

运用ANSYS分析开采倾斜煤层引起的地表变形

针对倾斜煤层的开采特点,应用有限元基本原理,建立了倾斜煤层开采的有限元分析模型。利用大型有限元分析软件ANSYS对开采倾斜煤层引起的岩体移动、地表沉陷及应力分布情况进行了数值模拟,总结出倾斜煤层开采时岩体移动的基本特征及地表沉陷的相关参数。利用ANSYS软件作出地表基准点的水平、下沉移动分布曲线、应力分布曲线以及计算模型的应力等值线图、水平移动等值线图和下沉等值线图。上述分布图直观地显示了顶板、煤层及底板的变形以及应力分布情况。阐明了倾斜煤层开采引起地表沉陷的变形机理。为矿区建筑物下倾斜煤层的开采提供了参考依据。     

水平荷载下导管架平台桩基础的非线性有限元分析

导管架平台桩基础的控制荷载主要为风荷载、波浪荷载、地震荷载等水平荷载,为研究水平荷载下导管架平台桩基础的承载特性,采用非线性有限元分析方法对水平荷载下桩-土之间的相互作用进行研究,提出了有效模拟桩基水平承载特性的有限元模型,分析了模型桩的刚度、直径、土质参数中水平土压力系数、剪胀角对桩基承载特性的影响及水平荷载下群桩承载特性,并将有限元计算结果与API规范及模型试验结果进行对比。研究结果表明,非线性有限元分析方法分析水平荷载下桩-土相互作用是可行的,计算结果可为导管架平台的桩基设计提供参考。     

框格式地下连续墙非线性分析及稳定计算

根据地质及结构特点,建立了能反映框格式地下连续墙力学特性的典型子模型,即槽段有限元模型。基于ABAQUS有限元软件,采用经典的摩尔-库仑（Mohr-Coulomb）屈服准则、非关联流动法则,对框格式混凝土地连墙槽段进行了施工全过程模拟,详细分析了结构在最不利工况下混凝土连续墙的应力与变形,还用强度折减有限元方法分析了该最不利工况下结构的整体稳定性,论证了框格式连续墙这种地基处理方式的合理性与可行性,地下连续墙在应力变形及稳定方面能满足工程需要。     

地下厂房岩锚梁锚杆涂沥青段有限元模拟研究与应用

基于AutoCAD和OpenGL有限元可视化建模,利用Fortran语言对模型文件中的单元信息进行改写,提出了一种在地下厂房有限元模型中生成沥青单元网格的方法,显著减少了模型单元数与节点数,提高了建模与计算效率。采用隐式杆单元法模拟涂沥青锚杆,隐式柱单元法模拟普通锚杆,推导了其刚度矩阵及有限元迭代计算公式,并应用于地下厂房岩锚梁锚杆涂沥青段的有限元分析中。结果表明,吊车梁附近围岩破坏区减少,围岩深部锚杆应力增大,说明围岩受力特性得以改善,围岩和吊车梁整体安全度增大,符合工程实践经验。所提出的计算和单元再分方法可操作性和实用性大,可为类似工程有限元分析提供参考。     

虚拟单元法求解渗流流量

提出了计算渗流场流量的虚拟单元法,推导了虚拟单元法有限元方程,并探讨了虚拟单元法的有限元实现方法,建立了虚拟单元法求解渗流流量的理论和方法体系。二维径向渗流和平底坝基算例比较分析表明,虚拟单元法具有计算精度高及有限元实现简单并容易编写通用程序等优点。虚拟单元法与中线法计算流量具有相同的精度,但在应用上虚拟单元法有一定优势。     

地应力驱动油气运移基本方程及有限元模拟

首先叙述了地应力作用下空隙弹性介质中流体运移的基本方程及由基本方程推导的有限元公式。然后,在地应力测量及构造分析的基础上,应用所给出的有限元公式及相应程序,对辽河油田运移势场进行了模拟,得出了该区运移势场的分布。结果表明,处于运移势低势区及过渡区的地区大部分是有希望的油田地区。结合构造分析进行地应力和运移势场研究可为油气勘探开发提供依据。      

深基坑土钉支护的有限元数值模拟及稳定性分析

在平面应变条件下,对土钉支护的基坑进行了有限元数值模拟,在此基础上采用有限元稳定分析方法评价基坑的稳定性。研究了土钉拉力及基坑变形的变化规律,土钉长度及布置方式变化对基坑变形和稳定性的影响。结果表明,当土钉足够长时,基坑的潜在滑动面与最大拉力作用点连线位置通常是一致的