河海大學(xué)巖土數(shù)值分析課件-2015

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1、1巖土數(shù)值分析—PFC軟件應(yīng)用土木與交通學(xué)院隧道與地下工程研究所倪小東副教授2015.06.09FLAC2D/FLAC3D巖土體工程高級連續(xù)介質(zhì)力學(xué)分析軟件UDEC/3DEC高級非連續(xù)力學(xué)分析程序PFC2D/PFC3D為類巖土材料和粒狀系統(tǒng)設(shè)計的2D/3D微細(xì)觀力學(xué)離散元分析程序DynamicanalysisofstonewallDynamicanalysisofstonewallDynamicanalysisofstonewallDynamicanalysisofstonewallDynamicana

2、lysisofstonewallDynamicanalysisofstonewallDynamicanalysisofstonewallDynamicanalysisofstonewallA點以前，微裂縫沒有明顯發(fā)展，混凝土的變形主要彈性變形，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系近似直線。A點以后，由于微裂縫處的應(yīng)力集中，裂縫開始有所延伸發(fā)展，產(chǎn)生部分塑性變形。B點：內(nèi)部微裂縫相互連通，裂縫發(fā)展已不穩(wěn)定，橫向變形突然增大，體積應(yīng)變開始由壓縮轉(zhuǎn)為增加。C點：內(nèi)部微裂縫連通形成破壞面，應(yīng)變增長速度明顯加快，縱向應(yīng)變值稱為峰值應(yīng)變。

3、D點：內(nèi)部裂縫在試件表面出現(xiàn)第一條可見平行于受力方向的縱向裂縫。E點：縱向裂縫形成斜向破壞面，此破壞面受正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用繼續(xù)擴(kuò)展，形成一破壞帶。此時試件的強(qiáng)度由斜向破壞面上的骨料的摩阻力提供。隨應(yīng)變繼續(xù)發(fā)展，摩阻力和粘結(jié)力不斷下降。E點后：隨應(yīng)變增長，試件上相繼出現(xiàn)多條不連續(xù)的縱向裂縫，橫向變形急劇發(fā)展，承載力明顯下降，混凝土骨料與砂漿粘結(jié)不斷遭到破，裂縫連通形成斜向破壞面。狀態(tài)分析基于離散介質(zhì)運動分析處理連續(xù)和非連續(xù)問題分析FEMFDMBEMDEM...能夠模擬連續(xù)和非連續(xù)問題的材料各力學(xué)行為(包括

4、彈性、塑性、開裂、破裂、峰值載荷后劣化、突變等)的數(shù)值模擬工具已成為研究者追求的目標(biāo)。巖土工程科學(xué)研究方法不連續(xù)性和非線性研究方法不確定性研究方法損傷力學(xué)和斷裂力學(xué)研究方法塊體力學(xué)研究方法離散單元研究方法系統(tǒng)分析方法非線性系統(tǒng)理論分析方法數(shù)值流形研究方法礦物顆粒、微裂隙微孔洞節(jié)理裂隙、破碎帶巖石的非均勻本質(zhì)力學(xué)性質(zhì)-非均勻結(jié)構(gòu)有關(guān)巖石是一種復(fù)雜的地質(zhì)材料，在其內(nèi)部存在著許多缺陷。巖體中的缺陷能導(dǎo)致工程的失穩(wěn)破壞。隨著巖石工程尺度的增加，巖體會有從完整巖石向節(jié)理裂隙化巖石的轉(zhuǎn)化。Hoek(1998)H.S

5、onmez(2001)需要能夠描述：工程巖體呈現(xiàn)斷續(xù)結(jié)構(gòu)特征RockmassofmarblewithintermittentclosedfissuresinJingpingFirstHydropowerStation(LiuSG,2008)Aphotothatcontainsopenunparallelfissures;Atathree-meterhighfaceofayieldpillarattheComincomineinVanscoy,Saskatchewan(Lajitaietal.,1994)

6、.為了評價巖體工程的力學(xué)、滲流穩(wěn)定與安全，需要對斷續(xù)結(jié)構(gòu)巖石的強(qiáng)度、變形破壞以及裂紋擴(kuò)展特征等進(jìn)行分析研究。V0REV(RepresentativeElementaryVolume)當(dāng)縮小到某個體積附近時，趨于穩(wěn)定；當(dāng)再進(jìn)一步縮小，便開始激烈振蕩。體積均勻化獲取REV代表性體積單元表征單元細(xì)觀變形規(guī)律和細(xì)觀結(jié)構(gòu)的演化特征宏觀本構(gòu)模型損傷演化方程基本假設(shè)和損傷描述對巖石強(qiáng)度破壞和裂紋擴(kuò)展特征試驗研究3種方法:模型試驗：單軸與雙軸壓縮下含裂隙的類巖石材料(模型材料)開展的試驗方法；數(shù)值模擬：采用數(shù)值軟件(如

7、RFPA,DEM等.)對裂隙巖石試樣開展的數(shù)值模擬；物理試驗：單軸壓縮下真實裂隙巖石材料的試驗方法。BobetandEinstein(1998)ModeltestTangCA,etal(2001)NumericalYangSQ,etal(2008)Physical連續(xù)的分析方法：1，有限元(FEM)，代表性軟件ANSYS2，有限差分法(FDM),代表性軟件FLAC3，邊界元法(BEM)，等等其他一些連續(xù)方法非連續(xù)的分析方法：1，非連續(xù)變形分析方法，DDA2，離散單元法，DEM，代表性軟件3DEC它們都是

8、基于完全連續(xù)假說之上的連續(xù)分析方法它們都是基于塊體理論和離散介質(zhì)基礎(chǔ)的完全非連續(xù)分析方法連續(xù)到非連續(xù)分析方法1，數(shù)值流形方法(NMM)2，擴(kuò)展有限元(XFEM)3，無網(wǎng)格方法4，連續(xù)-非連續(xù)細(xì)胞自動機(jī)方法(CDCA)5，顆粒流方法這些方法實現(xiàn)了連續(xù)到非連續(xù)的統(tǒng)一數(shù)值方法第一部分PFC顆粒流程序第一部分PFC顆粒流程序1、理論背景及意義2、顆粒流方法的基本思想3、顆粒流方法的基本假設(shè)4、顆粒流方法的特點5、基本原理6、應(yīng)用領(lǐng)域7、可選特性8、