张青波
- 作品数：13 被引量：106H指数：5
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- 发文基金：国家自然科学基金国家重点基础研究发展计划中国科学院战略性先导科技专项更多>>
- 相关领域：建筑科学理学矿业工程天文地球更多>>
- 基于SEM的可变形块体离散元法研究被引量：5
- 2013年
- 针对边坡工程中岩土体连续-非连续渐进破坏的特点,提出一种新的变形体离散元方法(DEM)。与传统有限单元法(FEM)不同,弹簧元法(SEM)通过构建一组广义弹簧系统描述单元的力学行为。弹簧元法中的一个广义弹簧可以具有多个方向的刚度系数,确定广义弹簧系统的构造形式及其各刚度系数表达式是弹簧元法的核心。以三角形单元为例,介绍平面弹簧元的基本理论。对任何二维正交广义弹簧系统,通过定义广义弹簧变形与单元应变之间的关系,直接对比单元的应变能与弹簧系统的弹性势能即可得到广义弹簧刚度系数的表达形式。定义泊松刚度系数和纯剪刚度系数两个系统参数,描述正交广义弹簧之间的联系。对任意泊松比的材料,该方法都可准确地描述泊松效应的影响,计算结果与传统有限元法一致。该方法不需要求得有限元单元刚度矩阵的具体形式,具有直接方便、物理意义明确的优点,应用该方法给出任意4节点单元弹簧系统的构造形式及其各刚度系数的表达式。基于SEM的可变形块体离散元法,用弹簧元中的广义弹簧求解块体变形,用离散元中的接触弹簧计算块体间作用力,在单元节点的控制方程中实现弹簧元-离散元耦合计算,通过接触弹簧的状态实现材料由连续到非连续的破坏过程。在基于连续介质离散元法(CDEM)程序的基础上实现弹簧元-离散元耦合程序,应用耦合程序计算均质土坡在重力作用下的弹塑性变形和基覆边坡在重力作用下的破坏,初步证明该方法用于边坡变形渐进破坏分析的可行性。
- 张青波李世海冯春王杰
- 关键词：离散元法弹簧刚度边坡工程
- 基于单元破裂的岩石裂纹扩展模拟方法被引量：28
- 2015年
- 传统离散元方法在处理破裂问题时,采用界面上的准则进行判断,裂纹只能沿着单元边界扩展.当物理问题存在宏观或微观裂隙时,在界面上应用准则具有其合理性;而裂纹沿着单元边界扩展,使得裂纹路径受网格影响较大,扩展方向受到限制.针对上述情况,可以基于单元破裂的方式,构建连续-非连续单元法,并应用于岩石裂纹扩展问题的模拟.该方法在连续计算时,将单元离散为具有物理意义的弹簧系统,在局部坐标系下由弹簧特征长度、面积求解单元变形和应力,通过更新局部坐标系和弹簧特征量,可进一步计算块体大位移、大转动,连续问题计算结果与有限元一致,同时提高了计算效率.在此基础上,引入最大拉应力与莫尔-库伦的复合准则,判断单元破裂状态和破裂方向,并采用局部块体切割的方式,在单元内形成初始裂纹.裂纹两侧相应增加新的计算节点,同时引入内聚力模型描述裂纹两侧的法向、切向作用与张开度及滑移变形之间的关系.按此方式,裂纹尖端处的扩展路径可穿过单元内部和单元边界,在扩展方向的选取上更为准确.最后,通过三点弯曲梁、单切口平板拉伸、双切口试样等典型数值试验,模拟裂纹在拉伸、压剪等各种应力状态下的扩展问题,并对岩石单轴压缩试验的破坏过程进行模拟,分析裂纹形成与应力-应变曲线各阶段之间的对应关系.结果表明:连续-非连续单元法通过单元内部破裂的方式,可以显示模拟裂纹萌生、扩展、贯通直至形成宏观裂缝的过程.
- 王杰李世海张青波
- 关键词：岩石破坏
- 模拟岩石破裂过程的块体单元离散弹簧模型被引量：23
- 2013年
- 在变形体离散元的基础上建立块体单元离散弹簧模型,并应用于岩石破裂过程的数值模拟研究。该模型以连续介质力学理论为基础,将块体单元离散为具有明确物理意义的弹簧系统,通过对弹簧系统的能量泛函求变分获得各弹簧的刚度系数,进而可以直接利用弹簧刚度求解单元的变形和应力,提高计算效率。以重力作用下的岩质边坡计算为例,通过与传统的有限元进行对比,验证该模型弹性计算结果的正确性。在该基础上,引入Mohr-Coulomb与最大拉应力的复合破坏准则,判断单元的破坏状态及破裂方向。当单元的内部破坏面确定后,则通过块体切割的方式实现单元破坏,并建立单元边界和单元内部的双重破裂机制,实现块体由连续到非连续的破裂过程,进而显示的模拟裂纹的形成和扩展。最后,以巴西圆盘劈裂、单轴压缩破裂以及三点弯曲梁等典型算例验证该方法,结果表明该方法可以较好地模拟拉伸、压剪等应力状态下裂纹的形成和扩展,从而可模拟岩石介质由连续到非连续的破裂过程。
- 王杰李世海周东张青波
- 关键词：岩石力学
- CDEM数值方法及其在爆炸冲击领域的应用
- CDEM是连续.非连续单元方法(Continuous-Discontinuous Element Method)的英文缩写。该方法以显式欧拉前差法为基础,将有限元与离散元进行耦合,在块体内部进行有限元计算,在块体边界进行...
- 冯春李世海马照松王杰张青波周东
- 关键词：GPU超高速碰撞
- 文献传递
- CDEM数值方法及其在爆炸冲击领域的应用
- CDEM是连续.非连续单元方法(Continuous-Discontinuous Element Method)的英文缩写。该方法以显式欧拉前差法为基础,将有限元与离散元进行耦合,在块体内部进行有限元计算,在块体边界进行...
- 冯春李世海马照松王杰张青波周东
- 关键词：GPU超高速碰撞
- 地下开采引起覆岩破坏及边坡变形的数值模拟被引量：10
- 2014年
- 以安家岭矿区为背景，使用基于连续介质力学的离散元方法（CDEM），对地下开采引起的上覆岩层破坏及边坡变形的全过程进行了数值模拟。通过对采空区上覆岩层的竖向应力变化分析发现弯曲带与垮落带和裂隙带总厚度之比约为0．5；通过对岩层变形破坏演化过程分析得到初次垮落步距约为115～165m，采空区达到露天坡下方时，上部坡体向采空区垮落，产生张拉裂缝；边坡以层间水平错动为主，同时伴有朝向采空区的塌陷，不会直接滑坡；对比分析算例表明压脚措施可减少边坡向露天矿一侧的水平位移。
- 王振伟张青波刘天苹李世海
- 关键词：边坡变形数值模拟离散元方法覆岩破坏
- 高速铁路加筋土挡墙动响应规律现场试验被引量：8
- 2017年
- 为研究土工格栅加筋土挡墙在高速列车荷载作用下的动态响应规律并分析其作用机理,设计并进行了现场激振试验,研究了加筋土挡墙内加速度、动土压力等动态响应的分布规律,并进行了不同墙面形式挡墙动态响应规律的对比分析.研究结果表明:加筋土的竖向加速度随加载次数的增加基本没有变化;靠近墙面处水平动土压力沿墙高呈单峰值分布,峰值位于2/3墙高处;随加载次数的增加,垂直动土压力增长很小;在顶部不到1/3墙高的范围内,竖向加速度衰减了87%~91%,垂直动土压力衰减了86%;模块式加筋土挡墙具有刚度大、变形小、整体性好等优点.
- 吴连海杨广庆张青波孙宏伟张利国焦瑞玲苏谦
- 关键词：高速铁路土工格栅加筋土挡墙
- 某高速铁路车站滑坡整治方案研究被引量：3
- 2016年
- 以某高速铁路车站路堑边坡滑坡整治工程为依托,对滑坡成因、发展及治理措施进行了分析。结果表明:滑坡产生是多种不利因素综合作用的结果;滑动面参数的试验值偏大,设计时应采用反算值;坡脚回填反压配合截排水措施可有效控制滑坡体进一步变形;给出了采用双排抗滑桩进行支挡,放缓坡率进行清方减载,加强防护,完善防排水,制定监测方案的综合治理体系,治理效果较好。
- 张青波
- 关键词：高速铁路滑坡埋入式抗滑桩
- 地下开采引起覆岩破坏的三维数值模拟研究被引量：3
- 2013年
- 以安家岭矿区为背景,基于连续介质的离散元方法,对地下开采引起的上覆岩层及边坡的变形破坏规律进行了三维全过程数值模拟。通过对三维位移场及破坏场模拟结果分析发现:上覆岩层的运动以朝采空区侧垮落为主,潜在节理裂隙密集时地表沉陷为一坑两底式,潜在节理仅存在与地层交界处时地表沉陷为一坑一底式,且岩体越破碎,地表沉降值越大。通过三维剖面与平面应变简化计算对比,发现两者的水平位移模式明显不同,三维模型进行边坡稳定性分析更为合理。
- 王振伟张青波刘天苹李世海
- 关键词：边坡数值模拟
- 四节点矩形弹簧元及其特性研究被引量：4
- 2012年
- 弹簧元法是一种将单元离散为一系列弹簧的数值计算方法。不同的单元具有不同的离散方式,确定相应的离散弹簧的刚度系数表达式是弹簧元法的关键。将四节点矩形单元离散为6个基本弹簧,每个基本弹簧包括法向弹簧和切向弹簧两个派生弹簧,并用泊松弹簧和纯剪弹簧描述单元的泊松效应和剪切效应,用有限元的单元刚度矩阵标定各弹簧的刚度系数,实现了一种四节点矩形弹簧元的构造形式。该单元的同类弹簧具有相同的表达形式。法向与切向弹簧的刚度表达式中分别含有法向和切向弹簧刚度待定系数。通过改变待定系数的值可使该单元分别对应于有限元的常应变、双线性及Wilson非协调单元。将上述弹簧元方法进行理论推导,并应用于基于连续介质的离散单元法(CDEM)的核心计算进行简单算例验证,证明了提出方法的正确性。通过以上研究发现,四节点矩形弹簧元有以下特点:对于相同问题,不同单元有不同的计算精度;对于梁弯曲问题,应用该单元可显著提高离散单元法的求解精度;改变待定系数的值,可得到更高或者更低精度的单元。
- 张青波李世海冯春
- 关键词：有限元法弹簧刚度
