模糊随机损伤非线性性态

从损伤形成的宏、微观机理出发揭示了损伤演化的模糊性和随机特征,提出了损伤泛函成立于模糊、随机双层数学覆盖之下进而构建了研究广义损伤泛函的广义非确定空间。提出了非线性损伤发展所依据的初始应力场;基于三种典型模糊损伤分布：降半分布、秋千分布、组合秋千分布,提出了平面应变下服从随机β分布的各向异性初始模糊随机损伤场,并基于初始模糊随机损伤有效张量给出粘-弹-塑性初始损伤应力场的模糊随机数值模型。提出并构造了损伤矢量临界值算法并基于此推导了平面应变条件下的损伤有效张量及模糊随机有效弹性矩阵族;由损伤材料粘-弹-塑性应变率演化通式提出了基于修正Mohr-Coulomb损伤破坏准则的粘-弹-塑性模糊随机损伤本构模型。就土方开挖的损伤增益特征,提出并构造了基于模糊衰减模型的模糊随机损伤增量方程,实现了对粘-弹-塑性模糊随机损伤增量方程卸载模型的全面阐述。考虑场内参数的空间离散及随机变异特征,借助本文提出的非线性模糊随机损伤力学模型,就某典型基坑工程开挖进阶过程中的损伤演变及广义可靠性进行了深入探讨,过程揭示了模糊随机损伤模型可以根据场内结构及材料强度耗散情况随时对损伤分布做出调整,以充分反映材料细观粒子间的凝聚或断裂造成的岩土结构宏观方面硬化-屈服-破坏-重分布-愈合等复杂力学性征,得到的规律性认识对于实现岩土工程全面化、精确化分析研究有重要意义。     

随机覆盖下堤坝填筑工程非线性可靠度理论研究

基于Mohr-Coulomb破坏准则下材料的非线性特征,结合粘塑性应力空间内破坏准则被有限超越期间的稳定时间步长,对随机数学覆盖下粘塑性数值算法的逻辑实现过程进行推导,在直接偏微分理论基础上建立了三维及平面应变条件下粘塑性非线性随机有限元的本构关系式,进而提出了基于全量理论的粘塑性非线性随机有限元列式,并以堤防填筑工程为例,分析研究了土质堤坝分阶段逐步填筑过程中的随机演化机理及堤坝结构的可靠度安全性,实现了堤防填筑工程的全程随机模拟。     

渤海海冰动力学中的粘弹塑性本构模型

在粘塑性海冰本构模型的基础上,将Kelvin-Voigt粘弹性本构理论引入到海冰动力学中,进而建立了粘弹塑性海冰本构模型.该模型可较好地反映渤海海冰在小应变和小应变率条件下的粘弹性力学行为,同时还考虑了大应变率下的海冰粘塑性力学行为.对渤海辽东湾海冰进行了48h数值模拟.结果表明:粘弹塑性海冰本构方程较Hibler的粘塑性本构模型可更好地处理渤海的冰间相互作用,提高海冰数值模拟的计算精度.     

考虑损伤效应的冻粘土蠕变本构理论研究

用简单的屈服函数作为冻土塑性损伤变量,对西源模型中的粘塑性蠕变量进行损伤修进。通过相关推导得到了冻土粘弹塑性损伤本构方程。通过用户子程序将此本构模型嵌入到大型商业有限元软件ADINA中。有限元计算结果表明:考虑损伤的冻土本构模型能较好的模拟加速蠕变阶段,可用于深井工程实践。      

冻粘土蠕变损伤耦合本构关系研究

以冻土试验为基础,提出了冻粘土服从DP屈服准则的粘塑损伤变量,通过推导得到了相关联流动法则下的冻土粘弹塑性损伤耦合本构方程.为了研究粘弹塑性和损伤的耦合作用,将建立的冻土材料粘弹塑性损伤耦合本构模型,通过用户子程序嵌入到ADINA有限元中.结果表明:粘弹塑损伤耦合本构模型能较好的模拟冻粘土加速蠕变过程,与实测蠕变吻合较好.     

一种新的断裂计算方法

利用单元中嵌合无厚度不连续面的方法 ,模拟断裂面的形成过程。用虚功原理建立包含断裂面影响的有限元平衡方程 ;利用余虚功原理推导了断裂面的矩阵的具体形式 ; 以第一类断裂问题 -开裂问题为例 ,建立了开裂面粘塑性开裂本构关系,进一步得到了以弹粘塑性形式表示的有限元计算格式。 通过简单算例证明了该方法的正确性。     

土石方开挖随机模糊仿真技术研究

考虑了土石方开挖工程中的大量随机模糊现象,利用计算机仿真技术,开发出土石方开挖仿真系统。探讨了土石方开挖工程仿真系统的开发技术,并重点研究了随机模糊仿真模型的建立问题。所建立的仿真模型可以较好地反映土石方开挖施工过程,仿真系统可以为优化设计方案以及决策提供有效分析方法和评估依据。     

一种高温下混凝土化学塑性-损伤耦合本构模型

提出了一个用于模拟高温下混凝土化学塑性-损伤耦合本构行为的数值模型。发展了一个化学塑性-损伤耦合分析的一致性应力返回映射算法。为了保证对于全局守恒方程Newton迭代过程的2阶收敛率,推导并形成了一致性切线模量矩阵。数值算例显示了文中发展的化学塑性-损伤耦合本构模型在模拟高温下混凝土中复杂破坏过程的能力和有效性。     

正交各向异性岩体中地下洞室稳定的粘弹-粘塑性三维有限元分析

建立了一种正交各向异性岩体的粘弹－粘塑性模型，推导和描述了相应的数值计算表达式和有限元分析的步骤，并使用所编制的三维有限元程序，以在层状岩体（横观各向同性介质）中的地下洞室开挖为算例，考察了围岩的流变动态，得出了几点结论。     

基于Coulomb准则的混凝土塑性损伤本构模型及其数值验证

以连续介质不可逆热力学为基础,采用了Mohr-Coulomb屈服准则,提出混凝土塑性损伤耦合的新的本构方程。在该模型中采用了塑性应变 、各向同性损伤标量D作为内变量。这个新的本构关系模型严格满足热力学的基本方程。以不同围压作用下混凝土试件的单轴压缩行为为例,采用开发的程序进行了局部水平上本构模型数值验证。结果表明,模型损伤演化数值结果符合试验趋势。     

一次逼近理论下边坡稳定的模糊随机数值分析

在协调元基础上,通过一次逼近理论,建立随机有限元模型,并通过模糊数学模型实现对边坡体工作状态的软化处理;借助于模糊随机数值方法对荆南长江干堤局部破坏失效进行了较为全面的研究。     

高地应力硬脆性围岩开挖损伤区时效性扩展案例分析——特征与机制

硬脆性围岩在开挖完成后，其强度在高应力的影响下具有明显的时间效应，这导致围岩开挖损伤区的发展也呈现出与时间相关的特征。在岩石强度时效性演化模型的基础上，以锦屏二级水电站试验洞钻孔摄像、声波、变形监测等开挖损伤区实测结果为目标函数，采用正交设计方法、最小二乘支持向量机模型、粒子群优化算法等方法，建立了考虑时间效应的LSSVM-PSO智能反演分析方法，并以锦屏二级水电站试验洞为例，研究了开挖完成后的25 d里，围岩强度在高地应力条件下的时效性演化特征，进而获得这一时段内开挖损伤区扩展过程。研究结果表明：（1）高应力地区，隧洞开挖后，围岩损伤区的主要扩展方向受地应力控制，且最大扩展方向为最小主应力方向，且破坏区（破坏接近度FAI≥2）也集中于该方向； （2）开挖损伤区面积随时间近似呈S形曲线变化，表明开挖损伤区初始发展较为缓慢，随着时间推移呈现线性增加的趋势，最后又逐渐趋于稳定；（3）开挖后第3～10 d为开挖损伤区快速增长阶段。该研究成果对高应力地区硬脆性围岩开挖损伤区时效性演化研究具有指导意义。     

A finite-element treatment of sea ice dynamics for different ice rheologies

In this paper the effects of four different rheologies on the evolution of a large-scale sea ice pack are determined and compared. Two rheologies are of viscous-plastic form, and two are viscous fluid relations. The initial pack domain is rectangular, and the motion is driven by wind stress and resisted by ocean drag. Two adjacent edges are rigid shore boundaries, and the other two are free boundaries at open water which move during the pack motion, so that the pack domain changes in time. Two different forms of boundary conditions at the rigid shore edges are considered, which also influence the evolution. The governing equations are solved numerically using a finite-element method, and, unlike previous numerical treatments, no artificial viscosity is incorporated to stabilise the algorithm near interfaces between converging and diverging flow. Instability arises when any tensile stress is abruptly cut-off when diverging flow is initiated, and an alternative view is offered. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅰ):模型建立及其数值求解程序

在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求解。其次,以上述研究为基础根据岩石处于弹塑性状态时渗透系数动态演化公式,建立岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型,并给出三场耦合情况下的数值求解迭代方法。针对耦合模型中涉及参数较多且不易测定的问题,基于差异进化算法原理建立智能反分析方法,对耦合模型中的损伤参数进行反演。最后,利用C++语言编制相应的岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合程序和参数反演程序,利用所编程序进行以下计算:(1)对智能反分析程序的性能、正确性进行分析,对比不同差异策略、交叉因子、变异因子的反演精度和收敛速度。(2)分别采用弹性模型和弹塑性损伤模型进行隧道围岩位移场、应力场的计算。(3)不考虑力学作用的情况下进行孔隙水压力、渗流量的计算。(4)采用所建耦合模型计算得到隧道围岩应力场、渗流场以及损伤场的相互影响规律。研究结果表明,基于差异进化算法的智能反分析程序能够较好地解决耦合模型中损伤参数不易确定的难题,为实际工程中获得不易测定的计算参数提供了有效的方法,同时所建立的耦合模型通过应力、渗流和损伤的相互作用更能够真实地反映出岩石材料的宏观破坏现象,所编计算程序能够模拟地下水渗流场、应力场、损伤场之间的耦合特性,为受地下水影响严重的工程建设提供了方法,研究结论为后期对实际隧道工程进行耦合计算奠定基础。     

大型地下洞室群开挖支护弹塑性损伤优化研究

正在设计施工的某大型水电站地下洞室群地质条件复杂,其开挖支护方案对围岩稳定性非常重要,因此,对支护方案进行优化研究非常必要。为更真实地模拟岩体的力学特性,研究施工过程中岩体的损伤破坏,根据不可逆热力学理论建立了弹塑性损伤模型和损伤演化方程,并编制了三维弹塑性损伤有限元程序D-FEM,具有模拟开挖与支护、计算速度快、群组功能等特点。建立大型地下洞室群三维数值模型,将通过实测地应力反演的应力作为初始地应力。采用D-FEM模拟了不同支护方案洞室群的施工过程,通过分析洞室围岩的应力、位移和破损区,支护方案2的支护效果最好,建议采用此方案。考虑岩体损伤演化后与FLAC3D塑性区相比,洞室群边墙中部的破损区显著增加,因此,程序可应用于地下工程的稳定性分析     

随机介质理论在深基坑稳定性分析中的应用

使用矿业工程中广为应用的随机介质理论和方法,计算深基坑开挖引起的地表及土体变形,并据此探讨深基坑边坡的稳定性。     

基于模糊灰关联投影法的深基坑支护方案优选

针对深基坑支护方案决策影响因素的信息不完全性以及影响因素间与评价指标的灰色关联性,综合应用灰色系统理论、矢量投影原理和模糊数学理论,在灰色关联投影法的基础上,提出了深基坑支护方案优选的模糊灰关联投影法;采用组合赋权方法,使权重能更合理地诠释各指标因素的影响;提出了一种基于最优方案区分度的灵敏度分析方法。工程实例分析表明,采用该方法具有科学实用、操作简便、易于实现程序化、决策灵敏度高等特性,能够为方案的决策提供更为可靠的依据,具有一定的推广和实用价值     

边坡模糊随机可靠性分析

为合理描述边坡稳定性分析中存在的多种不确定性,应同时考虑随机和模糊两种因素带来的影响.用L-R型模糊数描述随机变量的均值和方差,建立了模糊随机可靠性分析模型.为简化计算,将模糊数通过分解定理,取一系列λ截集,转换为一系列区间数进行计算.在一次二阶矩法基础上,推导了基于瑞典条分法及毕肖普法计算模糊随机可靠度的具体公式.算例表明,该法是合理实用的.