国家自然科学基金(51178044)
- 作品数：24 被引量：168H指数：8
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- 基于微观力学分析的散粒体静力液化本构模型
- 2014年
- 针对散粒体的静力液化特性,在散粒体颗粒运动微观力学分析的基础上,在临界状态土力学框架内建立了一个简单的静力液化弹塑性本构模型。模型屈服函数和和硬化规律根据Chang提出的砂土微观力学模型,通过积分粒间接触力为宏观的应力不变量而建立,考虑了与材料状态相关的剪胀性和初始密度对散粒体应力应变关系的影响,并采用非相关联的流动法则。模型参数简单且有较明确物理意义,可以通过室内三轴试验确定。模型的数值结果与Toyoura砂以及砂粉混合土的三轴不排水剪切试验的应力应变曲线和应力路径吻合较好。
- 刘洋汪成林闫鸿翔
- 关键词：散粒体本构模型数值模拟
- 砂土的各向异性强度准则:应力诱发各向异性被引量：6
- 2013年
- 采用散粒材料的宏细观力学分析方法,在颗粒水平研究砂土的诱发各向异性强度特性,提出了砂土各向同性与应力诱发各向异性强度的区别与联系,从细观机理上将二者区分开来。分析了M-C、M-N、L-D三种强度准则在考虑诱发各向异性方面的差异,基于三轴压缩与三轴伸长破坏各向异性发展的不同,建立了考虑中主应力影响的简单破坏应力比–组构关系。从微细观角度建立了砂土应力诱发各向异性强度准则,并考虑了砂土不同密实状态对诱发各向异性强度的影响,最后与已有的真三轴试验结果进行了比较分析。研究结果表明:建立的诱发各向异性强度准则,物理参数意义较明确,与试验结果吻合较好,有助于从微细观机理分析砂土的各向异性强度特征。
- 刘洋
- 关键词：砂土组构
- 散粒介质临界状态细观力学结构特征的数值模拟与分析被引量：3
- 2018年
- 基于离散单元法对不同密实度理想散粒体进行了双轴剪切试验的宏微观数值模拟,通过网格剖分将Voronoi多边形表征的loop单元作为散粒介质细观力学结构的基本单元,模拟了剪切过程中不同类型loop单元数量、几何形态和力学特征的演化过程,并重点分析了临界状态时散粒介质的细观力学结构特征。模拟结果显示,初始密实度不同的试样在向临界状态发展的过程中,高阶单元与低阶单元的发展规律完全不同,不同初始密实度试样中同阶loop单元的发展规律也不相同,但同阶loop单元的数量比例、几何形态、颗粒接触力及单元内滑动率最终均达到了各自的临界状态。从细观角度分析,散体介质的临界状态是高阶和低阶loop单元在荷载作用下相互转化的结果,是所有loop单元物理力学状态的综合平均与外在表现,临界状态时不同阶数的loop单元处于一个动态平衡状态,宏观上表现为常剪应力和常体积下剪切变形的不断发展。数值模拟结果也表明,loop细观结构单元包含了丰富的信息,其数量、几何形态、受力特征及接触稳定性的发展与散粒体的强度、剪胀以及临界状态的发展密切相关,可以将其作为散粒介质细观尺度的分析单元。
- 刘洋李爽
- 关键词：细观结构离散元法
- 国外某露天矿边坡爆破振动监测及数值模拟被引量：3
- 2015年
- 以国外某露天矿生产爆破为研究背景,采用振动监测仪进行了4组爆破振动监测试验,监测数据分析表明,边坡爆破振速较大,振动持续时间较长,两者是影响露天边坡动力稳定性的主要因素。采用三维有限差分法进行了露天矿靠帮生产爆破数值模拟,并与现场监测结果进行对比。结果表明:1数值模拟结果与现场实测的振速波形变化规律及振速峰值基本一致;2在爆破载荷作用下,邻近爆源台阶坡面底部产生了剪切塑性破坏,坡顶产生了张拉塑性破坏,最大水平位移(约10 mm)发生在台阶坡顶。上述研究结果进一步表明:靠帮生产爆破对露天矿边坡稳定性影响较大,有必要采取适当的减震措施,降低爆破振动对边坡稳定性的影响。
- 包德荣高永涛肖术孔戈
- 关键词：露天矿山生产爆破爆破振动数值模拟减震措施
- 浅埋黄土隧道不同施工与加固方法的颗粒流数值模拟被引量：11
- 2016年
- 针对浅埋黄土隧道在开挖过程中发生的拱顶过量沉降问题,采用颗粒离散单元法模拟了不同开挖方法和加固措施对围岩稳定和变形的影响,分析了6种工况的围岩压力分布和位移发展情况,讨论了开挖方法和加固措施对隧道围岩稳定的影响.模拟结果显示,隧道拱肩和拱脚应力集中处水平位移较大,拱部和边墙开挖为黄土隧道留核心开挖施工中的关键工序,施工中宜及早支护避免隧道发生过大变形.浅埋黄土隧道拱顶下沉量远大于周边收敛;对于相同的支护形式,留核心土下部全断面开挖法产生的位移总量约为留核心土下半断面分部开挖法的1.2倍;对于相同的开挖方法,无超前注浆支护产生的位移总量约为有超前支护的1.5倍;而有无系统锚杆的隧道围岩变形量基本相同.研究表明,浅埋黄土隧道可采取超前导管注浆减小隧道开挖变形,而系统锚杆由于支护效果不明显可考虑取消.
- 刘洋胡杰吴可嘉
- 关键词：黄土隧道颗粒流数值模拟
- 常偏应力剪切条件下砂土失稳模式的离散元模拟被引量：3
- 2020年
- 松砂在不排水条件下会发生分散性的液化失稳,失稳点在破坏线内。近年来的研究表明,砂土在完全排水条件下也会发生分散性失稳,可用常偏应力剪切(CSD)试验来研究。在CSD试验中,控制偏应力的误差是得出正确结果的关键。采用离散元数值方法模拟了砂土试样在不同剪应力水平下的CSD试验,实现了偏应力的较精准控制。根据模拟结果,采用Hill的二阶功准则,结合失稳时的应力与变形特征,详细分析了CSD试验中发生的Ⅰ型和Ⅱ型两种失稳模式,讨论了在CSD加载路径下初始孔隙比和剪应力水平对砂土失稳的影响。模拟结果表明,松散试样发生了Ⅰ型失稳,而密实试样发生了Ⅱ型失稳,且初始孔隙比越大越易失稳;剪应力水平越高,失稳发生的越快。结合三轴不排水和排水剪切模拟结果,讨论了失稳线(IL)斜率与初始孔隙比之间的关系,并将模拟结果与室内多种砂的试验结果进行了比较分析,进一步提出了砂土失稳的排水与不排水统一分析方法。
- 刘洋樊猛晏洲毅
- 关键词：砂土失稳离散元
- 复合振冲碎石桩加固机理及施工过程数值模拟被引量：11
- 2015年
- 采用振动荷载作用下超孔隙水压力产生的能量模型,考虑耗散能量和孔径扩张的影响及相互作用,并进行合理的简化,对复合振冲碎石桩施工过程做了数值模拟.采用有限差分离散求解复合振冲碎石桩边值问题,编制相应的数值程序,基于模拟结果详细讨论了排水井的存在对复合振冲碎石桩孔隙水压力发展变化的影响.最后对普通碎石桩和复合碎石桩的地基加固效果进行对比分析.数值模拟结果表明,复合振冲碎石桩由于排水井的存在,使地基加固范围明显增大,并且可以应用于渗透系数较小的粉土和砂质粉土地基中.
- 刘洋闫鸿翔汪成林
- 关键词：地基相对密度数值模拟
- 双轴压缩条件下散粒体的二维孔隙分布及演化规律研究被引量：6
- 2015年
- 基于离散单元法建立了不同密实度的理想散粒体数值模型,通过Voronoi–Delaunay网格剖分建立离散域,采用基于边界点的椭圆拟合算法模拟散粒体中的孔隙,并进一步分析了在双轴压缩条件下散粒体孔隙的分布特征与演化规律,同时结合数值试样中单孔隙的变化过程,分析了散粒体变形的微细观力学机理。研究表明,散粒体二维孔隙表现出明显的双峰分布特征,在双轴压缩条件下,不同密实度散粒体的孔隙要素表现出明显不同的演化特征。总体说来,松散试样小孔隙比例增加,大孔隙比例减少,孔隙趋于均匀;而密实试样小孔隙比例减少,大孔隙比例增加。孔隙的排列方向与荷载主方向有关,初始密实度对其影响不大。双轴加载过程中长轴沿水平方向的细长孔隙首先崩溃,长轴沿轴向加载方向的孔隙存留下来并在散粒体变形过程中起主导作用,最终沿加载方向产生一个稳定的颗粒结构。单孔隙的发展过程显示,大孔隙上承担着较强的力链,双轴压缩过程中随着变形的发展,松散试样中接触力链较强的单个大孔隙逐渐分裂成为多个小孔隙,颗粒接触力链分布趋于均匀;而在密实试样中,随着变形发展小孔隙逐渐融合形成大孔隙。
- 刘洋汪成林张铎
- 关键词：散粒体孔隙结构离散元双轴压缩
- 散粒介质剪切带细观力学结构几何演化与稳定性分析被引量：2
- 2018年
- 基于离散单元法对剪切带宏细观力学行为进行数值模拟,将通过网格剖分形成的loop单元作为细观力学的基本结构单元,对剪切带内、外不同类型loop单元的数量、几何形态、受力特征与抗滑稳定性的演化进行细致分析,讨论其发展变化与试样强度、剪胀发展之间的内在联系。模拟结果表明,剪切过程中剪切带内、外loop结构的数量和几何形态发展规律基本一致但强弱不同;其受力特征及抗滑稳定性在剪切带内、外产生了明显的差异。剪切过程中高阶loop单元比例增加且变得更扁平,低阶loop单元比例减少而形状基本保持不变。宏观尺度上的剪胀在细观力学结构演化上表现为低阶单元结构向高阶单元结构的转化,反映了试样在特定受力与边界条件下形成的自组织结构。提出2类滑动率的概念用于分析loop结构的抗滑稳定性,剪切带内、外滑动率在峰值后的发展趋势明显不同,最大滑动比例点与应力–应变关系曲线峰值应力点的相对位置也不同。剪切过程中高阶loop单元形成的强力链在力学层面上承担与传递了相对较大的外荷载,且抗滑稳定性较高;低阶loop单元抗滑稳定性差,其向高阶loop单元转化过程中发生的接触滑动与颗粒重组,是散体材料塑性变形发展的主要原因。
- 刘洋李爽吴可嘉
- 关键词：剪切带细观结构剪胀离散元法
- 散粒介质三维应力–组构解析与破坏分析被引量：1
- 2014年
- 基于散粒体宏–微观力学分析,首先提出了3类张量的概念,推导了散粒体三维应力–组构关系,接着给出了二维和轴对称条件下的应力–组构解析表达式,并采用双轴和三轴离散元(DEM)模拟结果对解析解进行了验证分析。最后基于应力–组构解析,采用"真应力"的概念分析了散粒体的强度问题。研究结果表明:散粒体中的应力分布受3类张量的共同影响,双轴与三轴的离散元模拟与解析关系较吻合。在略去了高阶项后,二维应力–组构关系式与Rothenburg等提出的表达式一致。进一步的分析表明:散粒材料强度受控于"真应力",表观活动摩擦角的变化实质是颗粒摩擦和各向异性组构共同作用的结果。研究成果可以用于分析散粒体各向异性强度特征和本构关系。
- 刘洋Ching S Chang张铎汪成林
- 关键词：各向异性离散元
