盾构隧道施工诱发邻近单桩的振动响应规律

1

作者 赵广资 李克金 +3 位作者 李春林 仇晖 马悦 汪优 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第2期295-303,共9页

为了探究盾构施工引起的不同桩-隧间距下的单桩动力响应规律,依托济南地铁4号线某工区,采用离散元与有限差分耦合法(DEM-FDM),结合现场实测数据,建立隧道结构-土体-桩二维动力耦合模型。利用DEM模拟岩土材料的特性,结合FDM对混凝土结构... 为了探究盾构施工引起的不同桩-隧间距下的单桩动力响应规律,依托济南地铁4号线某工区,采用离散元与有限差分耦合法(DEM-FDM),结合现场实测数据,建立隧道结构-土体-桩二维动力耦合模型。利用DEM模拟岩土材料的特性,结合FDM对混凝土结构的高效动力计算,模拟距隧道18 m范围内不同桩-隧间距下的单桩动力响应工况,并对盾构施工振动时程数据和频谱特征进行监测与分析。研究结果表明:1)盾构隧道施工引起的邻近桩振动响应随桩-隧间距的增加呈现出幂函数或指数型衰减规律,其中,桩顶的衰减较不显著,桩底及与隧道同埋深的部位衰减较为显著;2)基于桩-隧间距的不同,影响范围可分为强影响范围(<3 m)、中强影响范围(3~9 m)、中弱影响范围(9~12 m)、弱影响范围(>12 m)4部分;3)随着桩-隧距离的增加,振动信号中的高频成分逐渐消失,而低频成分则能够传播较远距离,仍会引起桩的伴随振动;4)盾构施工振动产生的能量90%以上集中在0~64 Hz,低频段振动对结构的影响更加显著。 展开更多

关键词 硬岩地层 盾构隧道 施工振动 离散元与有限差分耦合 桩-隧间距 动力响应

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力-热耦合作用下煤岩动力学特性和破碎机理研究 被引量：1

2

作者 李鹏龙 罗宁 +2 位作者 索云琛 柴亚博 孙锐 《爆破》 CSCD 北大核心 2024年第4期8-17,60,共11页

为了安全高效地进军深部煤炭资源开采,开展深地“三高一扰动”环境下煤岩的动态力学特性和破碎机理研究,采用自主改进的∅50 mm高温同步分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对25~200℃温度下煤岩进行动态冲击试验研究,并改进ZWT粘弹性本... 为了安全高效地进军深部煤炭资源开采,开展深地“三高一扰动”环境下煤岩的动态力学特性和破碎机理研究,采用自主改进的∅50 mm高温同步分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对25~200℃温度下煤岩进行动态冲击试验研究,并改进ZWT粘弹性本构模型建立考虑温度效应的煤岩动态本构方程,基于有限差分-离散元数值模拟研究高温效应对煤岩裂纹发育规律及其动态强度的影响。研究表明:高温冲击作用下煤岩的动态应力应变曲线可划分为四个阶段:压密阶段、弹性阶段、裂纹增长阶段和软化失效阶段;随着温度的增加,煤岩的动态抗压强度和动态弹性模量劣化明显,失效应变呈现增加趋势,吸收能则呈现W型波动趋势;破碎粒径减小,分形维数则呈现明显的线性增加,抗压强度越低,破碎程度越高,破碎模式更为复杂;基于ZWT改进后的动态本构模型良好地表达高温冲击后的应力应变关系,但对压密阶段的表达不甚理想;模拟和试验结果显示煤岩在150℃高温后水成分和吸附气体活跃析出,煤基质受热膨胀破裂,出现明显细观裂纹,并逐渐发育为贯通裂纹,其中以剪切裂纹为主。煤岩在100℃下动态压缩的裂纹发育从受撞击面发育贯通,高温劣化煤岩强度。研究结论为“三高一扰动”深部复杂地况下煤炭资源安全高效开采提供基础理论支持。 展开更多

关键词 深部煤岩 力-热耦合 分离式霍普金森压杆 动态本构模型 有限差分-离散元

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动静组合加载下锚固裂隙岩体的止裂与吸能机理

3

作者 韩凤岩 余东峰 +2 位作者 陈瑜 黄林冲 徐志胜 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1418-1424,共7页

为研究锚杆对深部含裂隙岩体的锚固止裂效应,进行了不同冲击气压下的动静组合加载试验.基于优化的锚杆界面力学模型,建立了新型有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合数值分离式霍普金森杆系统及锚杆模型.对裂隙岩体和锚固裂隙岩体的力学特... 为研究锚杆对深部含裂隙岩体的锚固止裂效应,进行了不同冲击气压下的动静组合加载试验.基于优化的锚杆界面力学模型,建立了新型有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合数值分离式霍普金森杆系统及锚杆模型.对裂隙岩体和锚固裂隙岩体的力学特性、能量耗散及破坏特征进行了研究,并从细观能量耗散角度阐述了锚杆在动荷载下对裂隙岩体的锚固机理.结果表明:裂隙岩体和锚固裂隙岩体的动态抗压强度随冲击气压的增大而增加,锚杆对裂隙岩体的锚固效应可提高动态抗压强度,减小裂隙岩体的冲击后破坏程度,锚固裂隙岩体能量吸收率变化规律趋同于完整岩体;从细观角度分析,锚杆加固使得裂隙岩体的摩擦滑移耗散能和破坏后碎块携带动能降低,整体吸收能量减少. 展开更多

关键词 动静组合加载 裂隙岩石 力学特性 锚固机理 有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合

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基于颗粒单元接触的二维离散-连续耦合分析方法 被引量：33

4

作者 周健 邓益兵 +1 位作者 贾敏才 王家全 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期1479-1484,共6页

结合离散单元法与有限差分法发展了离散–连续耦合分析方法。在中心区域采用离散元分析,其周围区域采用有限差分法分析。采用离散元中颗粒接触计算模型计算离散–连续交界面处的颗粒与单元相互接触作用,在连续单元中接触点速度按型函数... 结合离散单元法与有限差分法发展了离散–连续耦合分析方法。在中心区域采用离散元分析,其周围区域采用有限差分法分析。采用离散元中颗粒接触计算模型计算离散–连续交界面处的颗粒与单元相互接触作用,在连续单元中接触点速度按型函数对交界面处的节点速度进行插值,将与颗粒的接触力按权值函数分配到交界面节点上。通过PFC和FLAC的Socket I/O接口,实现二维离散–连续耦合分析,并通过对二维算例分析,表明了该耦合分析方法的有效性。 展开更多

关键词 离散单元法 有限差分法 离散–连续耦合 细观力学

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基于离散元-有限差分耦合的滚石冲击棚洞垫层动力响应研究 被引量：10

5

作者 王东坡 刘浩 +3 位作者 裴向军 孙新坡 周良坤 刘彦辉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第19期246-253,共8页

在棚洞结构顶部覆盖一层砂土缓冲垫层能有效减小滚石对棚洞顶板的冲击力,以往多采用有限元方法开展研究,无法考虑砂土垫层离散特征,研究手段有待改进。以棚洞垫层物理模型试验为原型,考虑砂土颗粒离散性和棚洞混凝土结构的连续性,采用... 在棚洞结构顶部覆盖一层砂土缓冲垫层能有效减小滚石对棚洞顶板的冲击力,以往多采用有限元方法开展研究,无法考虑砂土垫层离散特征,研究手段有待改进。以棚洞垫层物理模型试验为原型,考虑砂土颗粒离散性和棚洞混凝土结构的连续性,采用离散元-有限差分耦合算法,其中离散元模拟砂土垫层,有限差分法模拟棚洞混凝土结构,在充分发挥两种模拟方法优势下,开展滚石以不同角度、不同速度冲击棚洞垫层的动力响应数值模拟研究,通过对受冲击棚洞支座反力、棚洞顶板位移、滚石冲击力分析,揭示棚洞结构的动力响应特征。研究结果表明:冲击角度和冲击速度对支座反力影响显著,冲击角度增大,支座反力随之增大。相对而言,在较小冲击角度下,支座反力受冲击角度的影响较大,而较大冲击角度下,冲击速度的影响则更明显;冲击力方面,伴随冲击角度和冲击速度增大,滚石冲击力随之增大,较大冲击角度下,角度的增大对冲击力的提升更加明显;棚洞顶板中心处竖向位移值随冲击角度和冲击速度的增大而显著增大,且在较小冲击角度下,冲击角度对顶板位移的影响更大,而较大冲击角度下,冲击速度的影响更为显著。 展开更多

关键词 滚石 棚洞 冲击角度 离散元-有限差分耦合

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纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑效应离散元分析——以北川唐家山滑坡为例 被引量：47

6

作者 崔芳鹏 胡瑞林 +2 位作者 殷跃平 许强 张明 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期319-327,共9页

运用离散元数值模拟技术,对北川唐家山斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用(同时考虑水平和竖向地震力作用)下产生崩滑破坏的动力全过程进行研究,确定该斜坡体在强震动力作用下产生崩滑破坏的形成机制及主控因素。... 运用离散元数值模拟技术,对北川唐家山斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用(同时考虑水平和竖向地震力作用)下产生崩滑破坏的动力全过程进行研究,确定该斜坡体在强震动力作用下产生崩滑破坏的形成机制及主控因素。研究表明:(1)该斜坡体的初期崩滑破坏是受到地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用所致,并以竖向拉裂作用占优,而后期的抛射及运动过程则是受到地震纵横波的耦合作用所致;(2)地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用是触发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形(如高程差、沟谷延伸方向)则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流等运动过程的控制诱发因素;(3)该斜坡体动力响应特征值的放大效应表明,其放大系数值从大到小依次是:竖向加速度>水平加速度>竖向速度>水平速度,该结果与斜坡体发生先期崩滑破坏的形成机制及主控因素相符合,即地震纵波产生的竖向加速度起到了优势破坏作用。以上结论对研究动力耦合条件下的斜坡崩滑效应具有较高的理论和现实价值。 展开更多

关键词 边坡工程 纵横波 时差耦合作用 斜坡崩滑效应 离散元数值模拟 形成机制 主控因素

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基于有限差分与离散元耦合的支挡结构数值计算方法 被引量：14

7

作者 张华 陆阳 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期1402-1407,共6页

土体与支挡结构的变形与稳定是岩土工程界关注的一个重要问题。作为探讨,介绍了运用快速拉格朗日有限差分与颗粒离散单元外部耦合的方法,对处于系统中的不同部位,分别应用二维刚性颗粒离散单元与允许大应变的有限差分网格,模拟离散体与... 土体与支挡结构的变形与稳定是岩土工程界关注的一个重要问题。作为探讨,介绍了运用快速拉格朗日有限差分与颗粒离散单元外部耦合的方法,对处于系统中的不同部位,分别应用二维刚性颗粒离散单元与允许大应变的有限差分网格,模拟离散体与结构物的相互作用,连续域与非连续域的平滑过渡则通过计算过程中满足两域对应边界的相容条件与平衡条件实现。就耦合的实现途径进行了说明,并将其应用于衡重式挡墙与墙后填土相互作用的分析,对比计算结果与现场实测数据,证明采用的方法能较有效地再现土与支挡结构的力学变形规律。 展开更多

关键词 有限差分 颗粒离散元 耦合 大应变 相互作用

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离散元-有限差分耦合法在铁路有砟道床研究中的应用 被引量：7

8

作者 高亮 徐旸 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期37-44,共8页

将离散元-有限差分耦合算法引入铁路有砟道床结构的力学分析中.通过激光扫描法建立了基于真实道砟颗粒外形的离散单元数值模型,以此对由碎石道砟所组成的散体道床进行精细化模拟;采用有限差分法对连续介质的轨枕及轨下路基基础进行仿真... 将离散元-有限差分耦合算法引入铁路有砟道床结构的力学分析中.通过激光扫描法建立了基于真实道砟颗粒外形的离散单元数值模型,以此对由碎石道砟所组成的散体道床进行精细化模拟;采用有限差分法对连续介质的轨枕及轨下路基基础进行仿真.通过在层间结构边界处设置虚拟耦合过渡层,并将力和位移作为媒介物理量于一个时间步内在两种程序之间进行交互迭代的方式实现了两种数值分析方法的动态耦合.在此基础上建立了轨枕-散体道床-路基的离散元-有限差分耦合数值模型.并通过现场实测结果验证了模型的正确性. 展开更多

关键词 有砟道床 离散元法 有限差分法 耦合算法

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基于DEM-FDM耦合的普通铁路碎石道床-土质基床界面接触应力分析 被引量：23

9

作者 肖军华 张德 +1 位作者 王延海 郭佳奇 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2018年第9期170-179,共10页

引入离散元法(DEM)-有限差分法(FDM)耦合算法对普通铁路碎石道床-土质基床的界面应力进行分析。首先,基于激光扫描以及室内三轴试验,实现碎石道砟颗粒二维精细化离散元建模,并通过设置界面单元进行道砟与土两类不同介质层间速度与力的... 引入离散元法(DEM)-有限差分法(FDM)耦合算法对普通铁路碎石道床-土质基床的界面应力进行分析。首先,基于激光扫描以及室内三轴试验,实现碎石道砟颗粒二维精细化离散元建模,并通过设置界面单元进行道砟与土两类不同介质层间速度与力的相互传递,实现离散元法与有限差分法耦合,建立了轨枕-碎石道床-连续土体耦合模型,并通过现场实测结果验证模型的合理性。在此基础上,计算列车通过时耦合模型中基床动应力分布特征,讨论轨枕-道床接触状态对其影响,并将计算结果与轨枕-道床-基床的整体有限元模型的计算结果进行对比。结果表明,轨枕-道床未完全密贴接触状态下,道床中力链呈离散型传递,反之,道床中力链呈向下扩散发展;两种接触状态下,基床表面应力分布差别显著,但是应力峰值接近。耦合模型得到的基床表面应力峰值显著高于有限元模型的计算结果;耦合模型中因道砟散体特性引起的基床表面局部应力集中,在路基中的影响深度约为道砟最大粒径(63 mm)的8倍,即近似基床表层深度。 展开更多

关键词 有砟道床 离散元法 有限差分法 耦合算法 基床动应力

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含碎石层沥青加铺结构外部耦合计算方法 被引量：1

10

作者 张泉 陆阳 张蓉 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1915-1920,共6页

碎石化沥青加铺路面结构中不同层位材料性质差异显著,难以由同一种力学模型加以描述。针对这一问题,将沥青加铺层及碎石化混凝土视为连续及非连续颗粒介质,分别采用有限差分法(DEM)与颗粒离散单元法(PCC)模拟沥青加铺层及碎石结构层的... 碎石化沥青加铺路面结构中不同层位材料性质差异显著,难以由同一种力学模型加以描述。针对这一问题,将沥青加铺层及碎石化混凝土视为连续及非连续颗粒介质,分别采用有限差分法(DEM)与颗粒离散单元法(PCC)模拟沥青加铺层及碎石结构层的力学行为,并采用耦合的方式,通过两域对应边界的相容条件与平衡条件的控制,实现了连续域与离散域的平滑过渡。作为应用,结合现场情况,将破碎混凝土简化成碎粒层、碎石表层和碎石底层,通过模拟计算,分析了破碎粒径不同组合条件下沥青加铺层对荷载的响应。结果表明,碎粒层粒径越大,沥青层的拉应力、应变越大;碎石表层粒径越小,即多锤头破碎机(MHB)破碎的越碎,原水泥混凝土面板的强度下降的越多,整体性就越差,沥青层底的拉应力、应变也就越大,因此要将破碎状态控制在一定程度为宜。 展开更多

关键词 道路工程 含碎石层沥青加铺结构 有限差分 离散元法 耦合

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基于嵌入式离散裂缝和扩展有限元的裂缝性页岩油藏流固耦合高效数值模拟方法 被引量：9

11

作者 牛骏 苏建政 +2 位作者 严侠 汪友平 孙海 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第7期2643-2651,共9页

通过耦合嵌入式离散裂缝模型和扩展有限元建立了一种适用于裂缝性页岩油藏的流固耦合高效数值模拟方法。该方法创新性在于:通过对裂缝进行显式降维处理,可以准确刻画水力裂缝对渗流场和应力场的影响,同时可以模拟水力裂缝开度的动态变... 通过耦合嵌入式离散裂缝模型和扩展有限元建立了一种适用于裂缝性页岩油藏的流固耦合高效数值模拟方法。该方法创新性在于:通过对裂缝进行显式降维处理,可以准确刻画水力裂缝对渗流场和应力场的影响,同时可以模拟水力裂缝开度的动态变化过程以及水力裂缝内流体压力对裂缝变形的影响;在划分网格时仅需对基岩系统进行正交网格剖分,不必考虑裂缝的几何形态,渗流场和应力场均选取一套网格,使得网格划分时的复杂度大幅降低。对于渗流方程求解采取模拟有限差分方法,满足局部质量守恒并且可以有效处理全张量形式渗透率;对于岩石力学方程求解采取扩展有限元方法,可以准确处理裂缝两侧的位移间断性。通过算例分析,本文方法的正确性与优势得以验证。 展开更多

关键词 裂缝性页岩油藏 流固耦合 嵌入式离散裂缝模型 扩展有限元方法 模拟有限差分方法

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流变荷载作用下公路隧道二次衬砌开裂特征研究 被引量：4

12

作者 王俊 林国进 《现代隧道技术》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期83-90,共8页

针对流变荷载作用下公路隧道二次衬砌裂损情况随运营年限增加不断显现的问题,文章基于离散元-有限差分耦合计算方法,对流变荷载作用下二次衬砌的裂损过程进行分析,并探讨了地应力场及衬砌背后空洞对二次衬砌破坏特征的影响。结果表明:(1... 针对流变荷载作用下公路隧道二次衬砌裂损情况随运营年限增加不断显现的问题,文章基于离散元-有限差分耦合计算方法,对流变荷载作用下二次衬砌的裂损过程进行分析,并探讨了地应力场及衬砌背后空洞对二次衬砌破坏特征的影响。结果表明:(1)地应力场对二次衬砌的破坏形态有较大影响,当λ=0.5时,裂损主要发生在拱顶与拱底区域;当λ=1或2时,裂损主要发生在左右拱腰区域;(2)当拱顶存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与无空洞情况存在差异;当拱肩存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与无空洞情况相似;当拱腰存在空洞时,衬砌裂损过程与无空洞情况不同,但其最终破坏形态与无空洞情况相似;(3)当拱顶及拱肩存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与仅拱顶存在空洞情况相似;当拱肩与拱腰或拱顶与拱腰存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与单一空洞情况存在差异;(4)不同空洞数量及空洞组合情况下,空洞附近处的混凝土均出现开裂。 展开更多

关键词 公路隧道 裂损 离散元-有限差分耦合 二次衬砌 流变 空洞

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离散-连续多尺度桥域耦合动力分析方法 被引量：7

13

作者 李明广 禹海涛 +2 位作者 王建华 袁勇 陈锦剑 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第6期92-98,共7页

基于离散介质理论和连续介质理论,提出离散-连续多尺度动力耦合分析方法,不需要任何附加的过滤和阻尼就能有效地消除高频波的虚假反射。根据实际需求将计算模型划分为连续介质域和离散介质域,其中连续介质域采用有限差分网格模拟;离散... 基于离散介质理论和连续介质理论,提出离散-连续多尺度动力耦合分析方法,不需要任何附加的过滤和阻尼就能有效地消除高频波的虚假反射。根据实际需求将计算模型划分为连续介质域和离散介质域,其中连续介质域采用有限差分网格模拟;离散介质域采用离散元颗粒模拟。为保证网格与颗粒两种不同介质之间的能量协调,引入拉格朗日乘子将离散元模型和有限差分模型之间的约束关系,通过能量势函数隐含到动力方程中,推导出多尺度域的动力控制方程。基于动力显式算法求解所建立的离散-连续多尺度动力耦合体系,在通用的离散元(PFC)和有限差分法(FLAC)软件中二次开发编制计算程序,从而实现离散-连续多尺度动力耦合算法。通过算例验证,计算结果与分别采用离散元和有限差分法所得结果一致,说明了该多尺度方法可以有效地消除高频波在离散-连续介质界面上的虚假反射现象。 展开更多

关键词 多尺度方法 离散-连续介质耦合 离散元 有限差分法 动力分析 虚假反射

原文传递

冲击荷载作用的离散-连续耦合数值模拟 被引量：9

14

作者 贾敏才 陈纯 吴邵海 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第8期1079-1086,共8页

强夯、冲击碾压工法广泛应用于水库堤坝、港口等水利工程。目前,冲击荷载作用下,复杂的动力响应研究主要依据室内模型试验和工程经验,数值模拟研究较少。本文结合离散单元法和有限差分法的优点,建立了冲击荷载作用的离散-连续耦合数值... 强夯、冲击碾压工法广泛应用于水库堤坝、港口等水利工程。目前,冲击荷载作用下,复杂的动力响应研究主要依据室内模型试验和工程经验,数值模拟研究较少。本文结合离散单元法和有限差分法的优点,建立了冲击荷载作用的离散-连续耦合数值模型。冲击荷载作用中心区域采用PFC2D中的滞回阻尼模型进行精细模拟,周围区域采用FLAC2D中的摩尔-库伦模型进行模拟。在离散模型中,得到离散颗粒作用于边界墙的合力与合弯矩,根据力的平衡原理,分配到连续模型边界节点上,同时考虑到耦合边界不能承受拉应力,进行二次调整,实现边界面应力的传递;并通过接收连续模型中边界节点的速度,来指定离散模型中边界墙的速度,实现边界面速度的传递。对比模型试验结果验证了冲击荷载耦合模拟的可行性,为今后堤坝、码头堆场等加固处理及动力稳定性分析提供一种新的研究手段。 展开更多

关键词 冲击荷载 离散单元法 有限差分法 离散-连续耦合 动力特性

原文传递

FDM-DEM耦合分析刚性桩复合地基褥垫层特性 被引量：6

15

作者 郑俊杰 董友扣 +1 位作者 马强 蒋明镜 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期36-39,共4页

针对单独采用连续体法或离散元法分析桩体复合地基褥垫层的不足,以单桩模型试验为背景,采用有限差分法(FDM)模拟桩体和桩间土,采用离散单元法(DEM)模拟褥垫层,对刚性桩复合地基建立耦合计算模型,并对该模型各加载阶段的桩顶刺入量、褥... 针对单独采用连续体法或离散元法分析桩体复合地基褥垫层的不足,以单桩模型试验为背景,采用有限差分法(FDM)模拟桩体和桩间土,采用离散单元法(DEM)模拟褥垫层,对刚性桩复合地基建立耦合计算模型,并对该模型各加载阶段的桩顶刺入量、褥垫层的受力特性和变形特性进行了分析.结果表明:当上部荷载较大时桩顶边缘出现沿竖向的滑裂带,褥垫层的调整均化作用是通过桩顶附近的颗粒从桩顶高应力区向低应力区流动实现的. 展开更多

关键词 有限差分法 离散元法 耦合 复合地基 褥垫层 桩刺入 颗粒流

原文传递

基于离散元和有限差分耦合算法的崩塌体和结构碰撞预测分析 被引量：4

16

作者 孙新坡 何思明 +1 位作者 刘恩龙 苏有文 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第12期32-39,共8页

采用离散元和有限差分耦合计算方法,对龙洞子崩塌挡墙结构碰撞进行了预测分析。构建了3种崩塌挡墙结构模型,并进行了数值模拟。崩塌体由颗粒模拟,挡墙分别由刚性墙、颗粒、FLAC中的实体单元模拟。基于离散元和有限差分耦合算法的数值模... 采用离散元和有限差分耦合计算方法,对龙洞子崩塌挡墙结构碰撞进行了预测分析。构建了3种崩塌挡墙结构模型,并进行了数值模拟。崩塌体由颗粒模拟,挡墙分别由刚性墙、颗粒、FLAC中的实体单元模拟。基于离散元和有限差分耦合算法的数值模拟,分析了不同模型的挡墙动力响应和变形。通过数值模拟结果的对比分析,选出了最优的结构模型和参数,为有效防御崩塌的防护结构设计提供理论依据。 展开更多

关键词 崩塌 离散元方法 有限差分方法 耦合算法 压缩试验

原文传递

落石冲击作用下棚洞垫层动力响应的颗粒级配效应耦合数值模拟研究 被引量：5

17

作者 黄福有 张路青 +1 位作者 周剑 曾庆利 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期413-428,共16页

落石冲击垫层的动态冲击力与冲击深度是棚洞结构设计的重要依据。级配作为垫层颗粒粒度分布的重要特征,决定了垫层各级粒径颗粒的分配情况,影响了落石冲击垫层的动态过程。为研究颗粒级配对落石冲击垫层动态响应的影响,采用离散元-有限... 落石冲击垫层的动态冲击力与冲击深度是棚洞结构设计的重要依据。级配作为垫层颗粒粒度分布的重要特征,决定了垫层各级粒径颗粒的分配情况,影响了落石冲击垫层的动态过程。为研究颗粒级配对落石冲击垫层动态响应的影响,采用离散元-有限差分耦合方法,其中离散元模拟颗粒垫层,有限差分法模拟棚洞混凝土结构。在垫层平均粒径相等的情况下,开展了落石冲击不同级配垫层的动力响应数值模拟研究,通过对落石冲击力、顶板中心压应力、落石冲击深度的分析,揭示了落石冲击颗粒垫层的动态响应机制。研究结果表明:颗粒间力链的稳定性决定了垫层受冲击后的动态响应特征;颗粒间的摩擦是冲击能量耗散的主要方式,耗能占比达70%~80%;对于单峰型级配,单峰对应的粒径越小,力链长度越长,稳定性越差。峰值粒径d_(t)=75 mm时的峰值冲击力为d_(t)=25 mm的1.9倍,顶板峰值压应力为其3.6倍;对于双峰型级配,双峰的距离越近,颗粒周围约束的数量越少,力链的稳定性越差。非均质系数H_(e)=0.65时的峰值冲击力比H_(e)=0.33时的大40%,顶板峰值压应力大30%,粒径分布的离散性决定垫层受冲击后的响应特征。 展开更多

关键词 岩石力学 级配 离散元-有限差分耦合 缓冲垫层 动态响应

原文传递

基于FDM-DEM耦合的盾构开挖面前方土体三维位移特性研究 被引量：1

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作者 黄戡 孙逸玮 +3 位作者 陈湘生 邓喜 刘汝宁 吴奇江 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期190-206,共17页

盾构隧道施工本质上是在三维空间中利用机械实现动态掘进的过程。为了研究盾构施工对开挖面前方土体的位移影响,基于有限差分法(FDM)与离散单元法(DEM)开展了多组三维连续-离散耦合数值计算,并结合现场监测,提出相应的施工建议。首先,... 盾构隧道施工本质上是在三维空间中利用机械实现动态掘进的过程。为了研究盾构施工对开挖面前方土体的位移影响,基于有限差分法(FDM)与离散单元法(DEM)开展了多组三维连续-离散耦合数值计算,并结合现场监测,提出相应的施工建议。首先,基于弹性力学的Mindlin解,综合考虑盾构顶推力、辐条式刀盘摩阻力和盾壳摩擦力对土体位移的共同作用;基于三维镜像法和球孔收缩问题推导了地层损失引起的三维土体位移场表达式,建立了开挖面前方土体三维位移完整解析公式;其次,为了同时满足工程分析尺度和反映土体细观力学特性需要,引入新版连续-离散耦合技术。依托工程实例,通过三维单剪模拟试验与室内直剪试验对离散域内的颗粒细观参数进行验证。最后,基于三维位移解析解和连续-离散耦合模型分析了开挖面前方土体位移特性及不同盾构顶推力、刀盘转速和推进速度下的三维土体位移特征。结果表明:三维位移解析解和连续-离散耦合的计算结果均与实测值匹配程度较好;在盾构掘进过程中,地表沉降量逐步增大,盾构开挖面通过后沉降量得到暂时控制;顶推力过大容易使开挖面前方H/4~5H/4范围内地表出现局部隆起现象;刀盘转速的提高会加大地表沉降量,使沉降槽的非对称性更加显著;同一地层中保持单位出土量不变时,盾构推进速度会影响前方土体沿隧道掘进方向和水平侧向的位移量;开挖面前方土体与盾尾后方土体在水平侧向上具有相反的位移趋势,工程中可根据前方土体位移特性动态调整盾尾注浆量。所提三维位移解析解与耦合计算方法可为预测盾构开挖面前方土体位移提供重要参考。 展开更多

关键词 隧道工程 盾构隧道 连续-离散耦合 土体位移特性 盾构开挖面 有限差分法 离散单元法

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