颗粒离散单元法动力人工边界设置方法

采用颗粒离散单元法进行动力计算时,人工截断边界上需设置吸收边界条件,以防止波的反射。鉴于颗粒离散单元数值计算模型的人工边界上颗粒单元半径大小不一、边界面凸凹不平,在连续介质的黏性、黏弹性、自由场边界条件方程基础之上,推导出适用于离散介质的等效方程。在离散介质的黏性边界条件等效方程中引入微调系数,提出比值迭代法以快速确定其最优值,以实现对波的最佳吸收。采用二维颗粒离散单元计算软件PFC2D,分别建立黏性、黏弹性、自由场边界条件相关数值分析模型,探讨颗粒分布模式对黏性边界上颗粒单元半径、速度分布及比值迭代过程的影响;采用外源波动算例及经典Lamb问题算例验证黏弹性边界设置方法的正确性;通过隧洞算例检验提出的自由场边界条件设置方法的正确性。     

砂土地基的黏性特性及其有限元模拟

采用非线性弹塑黏性有限元法模拟了砂土地基变速率加载室内试验,再现了砂土地基荷载-沉降曲线对加载速率突变、砂土蠕变以及应力松弛等加载情况下的响应和瞬时黏性中砂土黏性随加载进行的衰减现象。在有限元分析中,以非线性三要素模型为理论框架构建了可以综合考虑砂土黏性特性的弹塑黏性本构模型,用动态松弛法进行有限元求解,最后通过有限元与室内试验的对比分析研究了砂土地基所具有的黏性特性,同时验证了非线性三要素弹塑黏性模型用于模拟砂土黏性特征的合理性和正确性。     

青藏高原东南缘构造应力场重构

采用有限元方法,针对青藏高原东南缘建立更细致、更精确的三维有限元弹性模型。选取9种不同的应力边界条件,分别进行优化分析后处理,将对应台站形变模拟值与GPS实测值进行误差分析,最终选取最佳方案作为古构造应力场。结果表明,青藏高原东南缘4 Ma BP的古应力场主要起源于中国大陆周围板块的相互作用,特别是印度板块NNE向强烈碰撞作用,成为中国大陆尤其是西南部青藏高原地区构造应力场最主要的动力来源,控制各个块体相互作用的方式和运动格局。青藏高原东南缘古应力场主要包括几个力源：西北部青藏高原侧向挤压造成的WE向应力约105 MPa;西南部直接来自于印度板块的NE-WS向应力约70 MPa;南部NS向作用力33 MPa;东南部扬子块体侧向NW-SE阻挡力56 MPa;北东部受扬子块体强烈EW向阻挡力90 MPa。这些力源共同作用于青藏高原东南缘,形成现今复杂应力场。
     

基于断裂力学的岩爆破坏形迹两级预测方法研究

根据常规的岩爆判据,可以确定岩爆的大致分布区域,但难以得到岩爆的破坏形迹（Damaged Shape of Rockburst,DSR）,为此根据岩爆的特点,推导了裂纹失稳扩展的临界长度和临界应力条件,提出了计算DSR的两级预测方法：通过裂纹失稳扩展时的临界应力,对DSR进行一级预测;在一级预测的DSR范围内加入预设裂纹,进行DSR的二级预测。针对断裂数值模拟方法的缺点,建立了基于扩展有限元（XFEM）模拟裂纹动态扩展的思路,依托ABAQUS平台,建立了XFEM二次开发的分析框架,编制了扩展有限元分析程序,进行了相关的实例验证;结合依托工程嘎隆拉隧道,从岩爆的机制、裂纹的数值仿真等方面开展研究,研究成果对高地应力地下工程的岩爆预测具有一定的参考意义。     

陡坡路堤土工格栅加筋机制与合理铺设参数研究

土工格栅加筋作用机理复杂,测试难度大,结合土工格栅加筋陡坡路堤工程,开展了现场变形监测,并针对土工格栅特点,用非线性有限元方法进行了数值计算。试验和计算分析表明：铺设土工格栅能有效地限制路堤沉降与坡脚水平位移,保证路堤的稳定性。数值计算结果与现场监测结果吻合较好,据此分析了土工格栅长度、弹性模量及铺设间距与路堤变形的关系,土工格栅弹性模量越大,加筋效果越好。有效而经济的土工格栅长度是6.5 m,铺设间距是0.6 m。     

具有复杂计算域和地形的潮汐流动数值模拟

采用无结构网格上的Roe型二阶精度迎风型FVM格式的有限体积方法对具有复杂计算域和地形的胜利油田海域的潮汐流动进行数值模拟。为保证Roe格式能够应用于复杂地形条件下的计算,采用Ropers格式来解决通量梯度项与源项的平衡问题,对摩擦力源项采用分步法求解以增加格式的稳定性。应用此方法对地形复杂的胜利油田海域进行了实际模拟,数值计算结果和实测结果吻合较好。     

Numerical Simulation of Wave Field near Submerged Bars by PLIC-VOF Model

Investigating the wave field near structures in coastal and offshore engineering is of increasing significance. In the present study, simulation is done of the wave profile and flow field for waves propagating over submerged bars, using PLIC-VOF （Pieeewise Linear Interface Construction） to trace the free surface of wave and finite difference method to solve vertical 2D Navier-Stokes （N-S） equations. A comparison of the numerical results for two kinds of submerged bars with the experimental ones shows that the PLIC-VOF model used in this study is effective and can compute the wave field precisely.     

含裂隙岩体单轴压缩裂纹扩展机制离散元分析EI北大核心CSCD

将由室内试验总结得到的岩石微观胶结模型嵌入离散元软件,对Lac du Bonnet花岗岩石进行预制单裂隙单轴压缩试验DEM数值模拟,分析了压缩过程中裂隙试样中应力的分布,并与理论计算结果进行对比分析,同时对各种断裂判据中裂纹起裂角的预测值进行了适用性的对比分析。结果表明,离散元模拟试样破坏形态与试验结果相近;离散元分析得到的应力分布与理论解在定性上相似;当预制角度较小时,侧向应力都处于拉压状态;由于裂隙左右两端压应变的集中造成了裂隙上下面拉应变的产生,造成了裂隙周围特殊的应力分布;当裂隙角度较大时,应力集中现象已不明显,因而,理论值与试验值有偏差;在断裂判据中最大周应力准则和最大能量释放率准则得到的裂纹扩展角与室内试验与DEM结果中的数值较为吻合。     

试用有限单元法评价深层地下卤水资源量

用有限单元法评价浅层地下水资源量,是人们十分熟悉的。但对深层地下卤水资源量的评价,尚无完善的方法。本文对某储卤构造深层储卤层进行概化,用有限单元法模拟卤水生产过程并作出预报,提供了相应的结果。     

山东黑旺铁矿裂隙岩溶水供排结合的多种数学模拟研究

黑旺铁矿位于山东省淄博市境内,是年开采能力达几十万吨的露天矿。矿层位于中奥陶统的石灰岩中,为一多年平均日排水量达６．１２万ｍ３／ｄ的大水矿山。矿山所排出的水未受污染,但一直未得到很好的利用。矿山下游约１０ｋｍ处为一特大型的大武水源地,该水源地已超采,并且部分遭受污染。因此,该矿水的供排结合研究,对于缓解淄博市的供水矛盾有重要意义。本文在分析地质、水文地质条件的基础上,用逐步回归分析和多维时间序列分析,找出矿坑充水的主要因素,并预测矿坑涌水量;用有限元法计算允许开采量,预报矿山闭坑前后的水位;评价供水后的环境影响并提出水源保护的建议