河海大学岩土数值分析课件-2015

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1、1岩土数值分析—PFC软件应用土木与交通学院隧道与地下工程研究所倪小东副教授2015.06.09FLAC2D/FLAC3D岩土体工程高级连续介质力学分析软件UDEC/3DEC高级非连续力学分析程序PFC2D/PFC3D为类岩土材料和粒状系统设计的2D/3D微细观力学离散元分析程序DynamicanalysisofstonewallDynamicanalysisofstonewallDynamicanalysisofstonewallDynamicanalysisofstonewallDynamicana

2、lysisofstonewallDynamicanalysisofstonewallDynamicanalysisofstonewallDynamicanalysisofstonewallA点以前，微裂缝没有明显发展，混凝土的变形主要弹性变形，应力应变关系近似直线。A点以后，由于微裂缝处的应力集中，裂缝开始有所延伸发展，产生部分塑性变形。B点：内部微裂缝相互连通，裂缝发展已不稳定，横向变形突然增大，体积应变开始由压缩转为增加。C点：内部微裂缝连通形成破坏面，应变增长速度明显加快，纵向应变值称为峰值应变。

3、D点：内部裂缝在试件表面出现第一条可见平行于受力方向的纵向裂缝。E点：纵向裂缝形成斜向破坏面，此破坏面受正应力和剪应力作用继续扩展，形成一破坏带。此时试件的强度由斜向破坏面上的骨料的摩阻力提供。随应变继续发展，摩阻力和粘结力不断下降。E点后：随应变增长，试件上相继出现多条不连续的纵向裂缝，横向变形急剧发展，承载力明显下降，混凝土骨料与砂浆粘结不断遭到破，裂缝连通形成斜向破坏面。状态分析基于离散介质运动分析处理连续和非连续问题分析FEMFDMBEMDEM...能够模拟连续和非连续问题的材料各力学行为(包括

4、弹性、塑性、开裂、破裂、峰值载荷后劣化、突变等)的数值模拟工具已成为研究者追求的目标。岩土工程科学研究方法不连续性和非线性研究方法不确定性研究方法损伤力学和断裂力学研究方法块体力学研究方法离散单元研究方法系统分析方法非线性系统理论分析方法数值流形研究方法矿物颗粒、微裂隙微孔洞节理裂隙、破碎带岩石的非均匀本质力学性质-非均匀结构有关岩石是一种复杂的地质材料，在其内部存在着许多缺陷。岩体中的缺陷能导致工程的失稳破坏。随着岩石工程尺度的增加，岩体会有从完整岩石向节理裂隙化岩石的转化。Hoek(1998)H.S

5、onmez(2001)需要能够描述：工程岩体呈现断续结构特征RockmassofmarblewithintermittentclosedfissuresinJingpingFirstHydropowerStation(LiuSG,2008)Aphotothatcontainsopenunparallelfissures;Atathree-meterhighfaceofayieldpillarattheComincomineinVanscoy,Saskatchewan(Lajitaietal.,1994)

6、.为了评价岩体工程的力学、渗流稳定与安全，需要对断续结构岩石的强度、变形破坏以及裂纹扩展特征等进行分析研究。V0REV(RepresentativeElementaryVolume)当缩小到某个体积附近时，趋于稳定；当再进一步缩小，便开始激烈振荡。体积均匀化获取REV代表性体积单元表征单元细观变形规律和细观结构的演化特征宏观本构模型损伤演化方程基本假设和损伤描述对岩石强度破坏和裂纹扩展特征试验研究3种方法:模型试验：单轴与双轴压缩下含裂隙的类岩石材料(模型材料)开展的试验方法；数值模拟：采用数值软件(如

7、RFPA,DEM等.)对裂隙岩石试样开展的数值模拟；物理试验：单轴压缩下真实裂隙岩石材料的试验方法。BobetandEinstein(1998)ModeltestTangCA,etal(2001)NumericalYangSQ,etal(2008)Physical连续的分析方法：1，有限元(FEM)，代表性软件ANSYS2，有限差分法(FDM),代表性软件FLAC3，边界元法(BEM)，等等其他一些连续方法非连续的分析方法：1，非连续变形分析方法，DDA2，离散单元法，DEM，代表性软件3DEC它们都是

8、基于完全连续假说之上的连续分析方法它们都是基于块体理论和离散介质基础的完全非连续分析方法连续到非连续分析方法1，数值流形方法(NMM)2，扩展有限元(XFEM)3，无网格方法4，连续-非连续细胞自动机方法(CDCA)5，颗粒流方法这些方法实现了连续到非连续的统一数值方法第一部分PFC颗粒流程序第一部分PFC颗粒流程序1、理论背景及意义2、颗粒流方法的基本思想3、颗粒流方法的基本假设4、颗粒流方法的特点5、基本原理6、应用领域7、可选特性8、