基于势接触力的二维连续-非连续方法研究

摘要

为了完善自主开发的连续-非连续方法，采用一种基于空间划分的接触检测方法，以提高接触检测效率;引入一种势接触力，以解决角-角接触问题，使求解结果更加符合实际;采用面向对象的思想设计程序，提升了程序的拓展性，使程序便于维护和修改;采用了OpenMP并行加速技术，提升了程序的计算速度。
　　基于自主开发的连续-非连续方法，研究了集中加载、加载板加载和平台加载3种不同加载方式对巴西圆盘的宏观力学行为、开裂过程的影响，同时考虑了材料的抗拉强度因素。对于平台加载方式给出了不同平台加载角时抗拉强度的修正系数。研究发现，采用平台加载方式，有利于圆盘中心起裂，而采用集中加载和加载板加载方式，圆盘的加载部位容易发生剪破坏;在圆盘中心起裂时，集中加载方式的抗拉强度的数值解最接近于选取的抗拉强度，然后是加载板加载方式，最后是平台加载方式;无论对于哪种加载方式，在材料的抗拉强度较小时，圆盘易于中心起裂，否则圆盘的加载部位将发生剪破坏。
　　开展了不同加载速度条件下矩形洞室围岩变形-开裂过程的数值模拟研究。当岩石单元的应力满足剪切破坏判据时，考虑了应力脆性跌落效应，在此过程中，围压保持不变，为了检验该方法的正确性，开展了单轴压缩条件下岩样变形-开裂过程的数值模拟。研究发现，在低加载速度时，载荷-位移曲线呈单峰特点;在高加载速度时，载荷-位移曲线呈多峰特点;在低加载速度时，围岩的开裂呈渐进性特点;在高加载速度时，围岩的开裂呈间歇性特点;在相同加载位移时，低加载速度时围岩两帮的开裂深度较大，低加载速度时的结果与围岩的片帮类似;高加载速度时的结果与岩爆类似。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 岩土工程数值方法简介

1．2．1 连续介质方法

1．2．2 非连续介质方法

1．2．3 连续-非连续方法

1．3 本文工作

1．4 技术路线

2 二维连续-非连续方法与程序

2．1 引言

2．2 二维连续-非连续方法流程

2．3 应力、应变求解

2．4 节点分离求解

2．4．1 节点分离判别

2．4．2 虚拟裂纹生成

2．4．3 虚拟裂纹面的应力施加

2．5 接触问题求解

2．5．1 接触检测

2．5．2 接触力求解

2．5．3 摩擦力求解

2．6 运动方程求解

2．7 二维连续-非连续分析程序总体设计

2．7．1 软硬件环境配置

2．7．2 总体设计方案选择

2．8 二维连续-非连续分析程序结构

2．8．1 程序基本类介绍

2．8．2 程序流程

2．9 并行计算设计

2．10 程序验证

2．10．1 弹性块体接触过程的模拟

2．10．2 弹性块体沿斜坡滑动过程的模拟

2．11 本章小结

3 巴西圆盘试验的数值模拟

3．1 引言

3．2 计算模型及参数

3．3 计算结果及分析

3．3．1 加载方式的影响

3．3．2 抗拉强度的影响

3．3．3 平台加载角对抗拉强度修正系数的影响

3．4 本章小结

4 矩形洞室围岩变形-开裂过程的数值模拟

4．1 引言

4．2 应力脆性跌落处理方法的检验

4．3 计算模型及方案

4．4 计算结果及分析

4．4．1 加载速度对载荷-位移曲线及围岩变形-开裂过程的影响

4．4．2 加载速度对V形坑发展过程的影响

4．5 本章小结

结论

参考文献

作者简历

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