《基于动态离散元的滑坡全过程数值模拟研究》

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1、本文以湖南省自然科学基金项目《基于动态离散元的滑坡全过程数值模拟研究》(编号：05JJ30075)为依托，结合该项目的研究目标，在离散元数值计算方法及程序研制和滑坡动态模拟方面开展了研究。针对滑坡这一高发地质灾害难预测的问题，本文结合离散单元法，从力学的角度来分析和认识滑坡的作用机理。利用计算机可视化技术，把计算结果由传统的数字统计转换为图形。将滑坡的破坏过程动态的重现，从而揭示了滑坡演化过程中的动力学规律。在利用离散单元法进行计算时，考虑到其本身存在的一些问题，如参数选取没有标准等，本文基于离散单元的动态松弛法，从最关键的参数——时步入手，提出了由每循环

2、步允许块体最大位移增量控制每步块体求解的方法——位移控制法。该方法通过对块体的位移试算来决定时步的大小，不仅避免了时步选取不恰当造成计算中的如叠合过大等问题，还可以提高计算的精度和效率。同时，本文还通过算例分析，得到离散单元的计算中块体的刚度系数选取的合理范围。研制了基于离散元计算方法的滑坡块体稳定性分析程序，并针对该程序开发了配套的前处理程序和用以结果显示的后处理。前处理包括模型绘制、参数输入和约束施加：通过后处理程序可以观察块体接触信息、应力大小、位移场和动态显示滑坡的破坏过程。本文给出了程序研制的思路，对于关键步骤还附上了算法和流程图。程序的编制中涉

3、及到了大量的有关VisualC++函数和变量的使用，对于其中主要的部分，本文从程序和数据结构的角度做了介绍。对武钢大冶铁矿东采区狮子山北邦A区V-132～V84m段约220m高的边坡做了详细的计算，通过工程实例可以知道位移控制离散单元法与实际监测情况吻合，说明了本文提出的位移控制离散单元法对滑坡这类非线性和大变形工程地质问题有较广阔的应用前景..文摘英文文摘第一章绪论1.1前言1.2滑坡研究现状分析1.3边坡稳定分析的数值方法1.3.1极限平衡法1.3.2有限单元法1.3.3边界元法1.3.4快速拉格朗日分析(FLAC)法1.3.5非连续岩体力学方法1.4

4、离散单元法综述1.5本文的创新及特点1.6本文主要研究内容第二章离散单元法的基本原理2.1基本假定2.2力-位移方程2.3运动方程2.4迭代及计算技术2.4.1迭代技术2.4.2单元几何计算2.4.3计算过程2.5简单算例第三章离散单元法的位移控制计算原理3.1参数选择、影响及改进3.1.1刚度系数3.1.2时步的选择和改进3.2块体接触判断方法研究第四章节理岩体离散元计算模型的建立方法4.1结构面的地质特征4.1.1结构面的成因类型4.1.2结构面发育的韵律特征4.1.3结构面分级4.2节理岩体计算模型建立4.2.1地表轮廓线绘制4.2.2Ⅰ～Ⅲ类结构面

5、的绘制4.2.3节理的绘制4.2.4约束的添加第五章离散元动态模拟中的图形显示技术5.1科学计算可视化概念、意义及发展5.1.1科学计算可视化概念提出及意义5.1.2科学计算可视化的发展5.2离散单元法可视化现状5.2.1离散单元可视化的发展现状5.2.2离散单元可视化的主要问题5.3离散单元法可视化的实现5.3.1坐标与比例转换5.3.2块体模型的可视化5.3.3接触和应力的可视化5.3.4单元动态的可视化第六章离散元程序研制6.1程序开发环境和语言简介6.2程序结构及数据结构6.2.1程序结构6.2.2数据结构6.3程序界面设计6.4程序总流程图第七章

6、基于位移控制离散单元法的滑坡动态数值模拟7.1滑坡动态数值模拟的意义和存在的问题、研究现状7.2工程概况7.3模型建立7.4计算结果7.4.1由文本文档建模7.4.2由前处理程序加密模型第八章结论及展望8.1结论8.2展望参考文献附录离散单元法在岩体力学中的应用分享到：更新日期：2012-05-06

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8、 一键收藏本论文　　摘要：岩体是一种地质材料，岩体的力学性质具有各向异性，高度非均质，不连续性等特点。为了解决工程中遇到的岩体力学问题，数值模拟是岩体力学中常用的手段。由于岩体中存在大量节理面，基于非连续介质理论的离散单元法更加适合于岩体力学。本文

9、主要介绍了离散元法块体元的基本原理，以及其在岩石力学中应用范围和应用过程中的典型问题。最后，提出一些个人见解。 　　关键词：离散元，非连续介质，岩体力学，数值模拟 　　一．引言 　　当前，我国正处在一个基础建设的繁盛时期，在水利水电，核电，矿山，隧道，地下工程等各领域都会遇到地质环境复杂的岩石力学问题。为了解决工程中遇到的问题，对于岩体的力学性质有一个较为准确的把握，数值模拟是一个广泛应用的方法。 　　岩土力学中常用的数值计算方法可以分为两大类。一类基于连续介质的理论。如有限元方法，有限差分法，边界元法等。特别是有限元和有限差分法，应用极为广泛。连续介质方

10、法对于处理断层、节理、裂隙这样的不连续结构面具有一定的局限性，只能