一、三维非连续变形分析方法中摩擦接触问题的研究（论文文献综述）
田锋[1]（2021）在《基于体的三维块体接触算法研究及其在洞室围岩破坏过程中应用》文中研究说明
张宁[2]（2020）在《数值流形方法在转动、接触和弹塑性计算中的若干改进》文中指出数值流形方法（NMM）以切割、覆盖和接触算法为主要特色,是允许连续和非连续分析的计算方法。近30年来,NMM在处理移动边界和高阶近似上取得了巨大成功。针对非线性计算,本文分析了NMM在大转动、摩擦接触和粘聚接触、弹塑性非线性计算中的一些收敛问题和精度问题,推导并给出了相应的解决措施。论文的主要工作和成果如下:（1）修正NMM的转动误差问题。转动误差主要来源于小变形假定和常加速度积分方案。前者不能精确描述刚体转动,导致明显的体积膨胀以及一定应力振荡;而后者存在数值阻尼,导致转动速度降低。转动体积膨胀是最明显的误差。如果每步转角为α,则转动一周后将产生约为2πα的虚假体应变。修正格式利用有限变形理论代替小变形假定,利用Newmark积分代替常加速度积分格式,可以解决上述转动问题。（2）原始NMM的接触算法存在a.接触力未收敛;b.在临界滑动测试中粘聚强度被明显低估的问题。接触力收敛的关键在于摩擦力收敛,原始算法施加的摩擦力存在数值问题,所以只能开闭收敛,而不是接触力收敛。在新格式中,摩擦力是一步准确施加的,收敛性高于原始算法,而且接触状态收敛自然给出接触力收敛。粘聚力问题的需要修正撤去粘聚力的准则。在接触力收敛的前提下,将“滑动接触撤去粘聚力”改为“滑动一定距离后撤去粘聚力”,即可修正粘聚力被低估的问题。（3）磨圆摩尔库伦屈服准则,并将磨圆对应到具体强度特性。Abbo提出的磨圆准则可以避免摩尔库伦准则尖角处的数值问题,但该磨圆并不对应到额外强度特性。选择新的磨圆函数,并将磨圆参数对应到中主应力和抗拉强度两种强度特性,文中推导了一个新的磨圆准则。在少量的磨圆下,新准则可以逼近摩尔库伦准则并消去数值尖点;在标定磨圆参数后,也可以作为反映抗剪、中主应力和抗拉的一般强度准则。（4）编写了弹塑性大变形求解器。原始NMM只针对线弹性和接触计算,无法描述岩土体的塑性变形。新的塑性求解器利用最近点映射算法保证应力回映精度,利用一维搜索算法提高收敛性,可以给出稳定的塑性求解。在此基础上,加入了NMM网格重划分和变量传递过程,实现了NMM塑性大变形求解格式。本文的弹塑性求解器可以用于弹塑性静力分析和简单的塑性大变形计算。（5）提出了一个新的单元——覆盖光滑单元。光滑有限元（SFEM）可以在不改变自由度数量的前提下提高单元精度。借鉴NMM中近似函数定义域独立于材料积分域的思想,可以将光滑有限元中光滑应变的定义域和积分域区分开,从而给出了一个新的光滑单元——覆盖光滑单元。新单元具有和普通三节点单元相同的节点数和积分点数。其刚度介于过软的节点光滑单元和偏硬的边光滑单元之间。该单元在弹塑性计算中没有发现不稳定问题。上述内容能够改善NMM在大转动、接触、弹塑性计算中的精度和收敛性,可供研究和计算分析使用。
马春辉[3]（2020）在《基于离散元的堆石料宏细观参数智能反分析及其工程应用研究》文中指出作为重要的工程建筑材料,堆石料是具有高压实性、强透水性、高抗剪强度等工程特性的散粒堆积体材料,已被广泛应用于坝工、堤防、道路、机场、港口以及海洋等工程中。与此同时,随着我国乃至世界范围内水资源开发水平的进一步提升,水利工程建设面临着“四高一深”（高寒、高海拔、高陡边坡、高地震烈度、深厚覆盖层）的全新挑战。作为水利工程中堆石坝、堆石边坡等堆石工程的主要建筑材料,迫切需要更进一步掌握堆石料物理力学特性及其堆石工程安全性态。因此,本文建立了堆石料多个尺度变量间的强非线性关系,通过改进、串联和优化机器学习等智能算法,使反分析计算确定的堆石料力学参数更符合工程实际,并将其应用于堆石料细观变形机理研究与堆石工程实际问题解决中。本文主要研究内容和成果如下:（1）构建了基于结构监测数据的堆石料宏观本构模型参数自适应反分析模型,应用和声搜索与多输出混合核相关向量机等算法,快速、精确地实现了对不同工程、不同监测项目的自适应反分析,进一步提高了材料参数反分析的计算精度与适用性。此外,提出了基于相关向量机与随机有限元的不确定性反分析模型,以量化堆石坝在设计、施工、建设中存在诸多不确定性因素,模型综合考虑了结构数值仿真计算以及算法模型输入-输出间的不确定性,能够对堆石料参数的变异系数进行不确定性反分析计算,使反分析后的随机有限元正算值与沉降值的平均绝对误差为1.930。（2）建立了精细化的堆石料离散元三轴试验模型,以准确反映堆石料的材料特性,并深入分析了离散元细观参数对堆石料变形特性的影响规律和机理。通过总结堆石料细观接触模拟研究进展,构建了基于应力应变曲线的堆石料细观参数标定模型,应用量子遗传算法和支持向量机解决以往堆石料细观参数标定中影响因素多、耗时严重的问题。此外,提出了基于宏观本构模型参数的堆石料细观参数标定模型,使标定后的多围压应力应变曲线误差均小于0.21MPa,进一步拓展了细观参数标定模型的适用性,据此定性、定量地分析了三轴试验中堆石料的细观变形演化过程。（3）提出了基于结构监测数据的堆石料细观参数标定模型,根据堆石坝运行期的实测变形值对堆石料细观接触模型参数进行标定,促使堆石料细观参数值更符合工程实际运行情况。随后,为进一步发挥离散元数值仿真方法在堆石工程结构模拟中的明显理论优势,尝试采用离散元对堆石坝进行数值仿真,并对比分析了堆石坝离散元与有限元仿真的变形、应力计算结果。最后,开发了堆石料宏细观参数反分析平台,将上述多个参数反分析模型集成于平台中,实现堆石料不同尺度参数间的快速、准确转换。（4）在应用上述堆石料参数反分析方法的基础上,建立了工程尺度的堆石边坡离散元模型,以模拟施工、运行、滚石、地震和防护措施等工况下的堆石边坡失稳演变过程,从而解决了堆石边坡的挡墙高度确定问题。其中,为解决地震波在人工边界处发生反射、叠加等问题,建立了离散元的粘性边界,并对比了不同边界下离散元模型的响应情况,后将其应用于堆石边坡地震工况分析中。通过多个工况的分析明确了堆石边坡的失稳过程及影响范围,并建议该堆石边坡的混凝土挡墙加高到11m,为类似堆石工程的防护措施设计方法提供了参考。
王南南[4]（2020）在《基于三维DDA方法的类楔形体稳定性分析》文中进行了进一步梳理岩质边坡稳定性分析是工程建设中常见问题,如房屋建设开挖形成的切坡、水电工程库区的岸坡、道路的路堑边坡等,都涉及到岩质边坡稳定性问题。边坡工程中楔形体的破坏形式只考虑两个滑动面,而类楔形的底部未露出坡面,分析类楔形体的破坏形式需要考虑三个滑动面。运用传统方法如赤平投影法、极限平衡法等分析类楔形体的变形和位移存在一定的局限性,而三维DDA方法具有有限元法、离散单元法共有优势,同时为极限平衡法架起一座桥梁。本文运用三维DDA方法模拟类楔形体稳定性的安全系数,对研究各种不同类型的边坡工程及对其稳定性具有广泛的理论意义和应用价值。首先,总结回顾了代表性的楔形体稳定性计算方法。楔形体稳定性分析时可建立的静力平衡方程数小于楔形体未知物理量的数目,导致楔形体稳定性问题为超静定问题,已有方法通过引入不同的假设条件,将超静定问题向静定问题转化,以便求解楔形体的安全系数。因此,传统的楔形体稳定性计算方法不能很好的解决类楔形体稳定性分析问题。然后,对三维DDA基本原理进行介绍,将块体在多个时间步的小位移和小应变进行累积,获取变形块体经历长时间后的大位移和大变形,并通过罚函数法保证块体之间满足法向无相互嵌入,切向符合摩尔库伦定律的接触条件。运用三维DDA分析软件,编写相应的几何文件和物理文件,用楔形体模型、拱形体模型、砖墙体模型验证了三维DDA建模方法的有效性。接着,展开利用三维DDA方法分析类楔形体稳定性的研究。对接触对进行有效的筛选,得出类楔形三个面上的法向接触力和切向接触力,基于三维DDA方法计算类楔形体安全系数;并分析不同内摩擦角的情况下,类楔形体底结构面仰角和旋转角等因素的变化对安全系数产生的影响,并得出岩质边坡中类楔形体稳定性变化的规律。最后,以丰宁抽水蓄能电站一期工程的下水库左侧圆弧段边坡为工程实例进行应用。通过工程地质条件的介绍和边坡现状的监测,分析潜在失稳体滑动的可能性,得知块体的滑动破坏模式为类楔形体破坏,并运用三维DDA程序对圆弧段坡面的稳定性进行分析,三维DDA的计算结果显示岩质边坡坡面的变形趋势为NW方向,安全系数结果与工程前期简化计算结果相比偏大。
王兵[5]（2020）在《基于非连续变形分析方法的节理岩体隧道稳定性研究》文中研究表明近年来,我国隧道工程建设的规模不断扩大、数量不断增加。而与此同时,隧道工程建设过程中,面临的工程地质条件也愈发复杂多变。针对此类问题,现有的理论与技术手段仍有许多不完善的地方。在隧道工程建设中,节理岩体是一种常见的地质条件,岩体介质的变形表现出非连续、大变形的特点,为工程安全带来诸多隐患。因此,隧道工程中,节理发育的岩体的变形预测应当引起足够的重视。针对工程岩体这一非连续介质,非连续变形分析（DDA）理论提供了独特的分析方法和手段,该方法充分考虑了岩体的复杂性,并且具有广阔的应用前景。本文在前人研究成果的基础之上,开展了非连续变形分析方法的应用研究。（1）总结了节理裂隙的参数的表征方法,系统地梳理了DDA方法的基本理论以及DDA原始程序。总结了Barton提出的确定岩体节理的力学参数的方法,以及该方法的使用时的细节。对于岩体节理的几何参数,节理的迹长、间距大致服从负指数分布,节理的倾角和倾向大致服从正态分布或对数正态分布,同时对利用计算机生成符合相应分布函数的随机变量进行了阐述。对于经典的非连续变形分析方法,论述了描述块体变形的位移参数、位移模式以及块体之间的相互接触形式,对块体系统的总体平衡方程以及推导的细节进行了阐述。对于原始DDA程序中的不足之处进行了探讨和总结,对原始DDA程序在前处理部分、计算求解部分、后处理部分的缺点展开了详细的论述。（2）在剖析了非连续变形分析方法基本理论及DDA源程序的基础上,分析了非连续变形分析方法在程序实现中涉及到的一些关键算法,并提出对应的解决方法。非连续变形分析方法的程序涉及多种关键算法,包括矢量计算、几何分析以及矩阵相关算法等。矢量法将实际的节理线、块体等抽象化成计算机中的数据,矢量计算通过矢量间运算实现对实体的处理。几何分析涉及节理线段的位置关系、节理线“切割”寻找回路、多边形块体的几何属性、点与块体的位置关系等内容。矩阵相关算法中主要是矩阵的三角分解方法,以及超松弛迭代法的基本原理和实现步骤等。（3）针对DDA原始程序的不足之处,对DDA原始程序进行局部修改,弥补原始DDA程序在建模、计算求解以及后处理方面的不足。对于DDA原始程序在前处理方面的不足,本文编制了输入文件转换表格及程序,同时改进了节理参数随机度方面的一些问题。在隧道开挖的建模中,考虑初期支护的作用,改进了材料设置程序。在计算求解程序中,加入了阻尼并形成了新的总体平衡方程。在后处理部分中,改进了后处理原始程序,对计算结果进行更多的信息挖掘,增加了更多用于展示的内容。（4）基于改进非连续变形分析方法,对实际隧道工程进行了稳定性分析,与实测数据进行了对比。进行了数值实验以探究节理对隧道开挖过程中围岩的影响。改变节理的倾角和摩擦角参数,对隧道开挖进行模拟,对比分析了节理倾角和摩擦角变化时洞室、围岩的变形和应力情况,节理倾角的改变影响了隧道洞室发生变形的部位以及围岩破坏的形式,节理摩擦角的改变影响了块体位移的大小和发展趋势。
郑安兴[6]（2015）在《扩展有限元法及其在岩体裂隙扩展模拟中的应用研究》文中研究表明岩体中普遍存在着断层﹑节理和裂隙等结构面,这些结构面的存在和发展对岩体的整体强度﹑变形及稳定性有极大的影响,因此,研究岩体中原生结构面的萌生﹑发展以及贯通演化过程对评估岩体工程安全性和可靠性具有非常重要的理论与现实意义。扩展有限元法（XFEM）作为一种新兴的求解不连续问题的有效数值方法,在模拟岩体裂隙扩展﹑水力劈裂等方面具有的独特优势。本文依托国家自然科学基金项目“降雨条件下岩质边坡变形破坏过程及其预测模型研究”和国家重点基础研究发展计划（973）项目“边坡与坝体-库水相互作用及稳定性演化机制”,深入研究了扩展有限元法的基本理论及其在岩体裂隙扩展模拟中的应用,建立了扩展有限元法求解岩体裂隙摩擦接触与水裂劈裂问题的数值模型,并将计算模型应用于实际工程,研究岩体工程破坏演化过程及其机理。本文的主要工作如下:（1）考虑岩石闭合裂纹壁面间存在的摩擦力对裂纹尖端应力场的影响,应用最大周向应力理论得到压剪复合裂纹的断裂角。在此基础上,依据岩石裂纹尖端双向受力时的破坏特征,结合最大周向应力准则与修正的Griffith强度理论,建立了考虑摩擦效应的闭合裂纹失稳扩展的岩石压剪断裂判据。（2）扩展有限元是在常规有限元框架内求解不连续问题的有效数值计算方法。在实现扩展有限元程序的基础上,探讨了网格密度与积分区域因子对应力强度因子计算精度的影响,并给出了网格密度与积分区域因子的合理取值。通过算例分析得到,裂纹扩展增量对裂纹路径有较大影响,而网格密度对裂纹路径影响不大。将重分析方法引入扩展有限元中,以边裂纹拉伸板为算例,利用该方法可有效减少裂纹扩展的每一个迭代步计算成本,并随着单元数目的增加或扩展增量值的减小,计算成本降低更加明显。（3）建立了摩擦弹性接触问题的扩展有限元非线性互补模型,将不等式接触条件转化为非线性互补类的非光滑方程组,并采用基于广义导数的非光滑阻尼牛顿法求解方程组,无需引入任何额外人工变量以及迭代求解。最后对含裂纹平板进行数值试验,计算结果表明,该方法具备模拟接触面上贴合、滑动和分离状态的能力,计算效率及精度高,且能够快速收敛,从而验证了本文方法的有效性与正确性。（4）在扩展有限元法框架下建立了岩体开裂与裂隙水流相互作用耦合模型,基于考虑裂纹面水压力作用的虚功原理推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的控制方程,给出了裂隙水流与岩体结构开裂相互作用的扩展有限元实现方法。通过半解析半数值方法得到裂纹面水压分布梯度与裂纹张开位移间的耦合关系,这样不仅简化耦合迭代分析,而且提高计算精度。最后通过2个数值算例验证了该方法的有效性,同时展现了扩展有限元法在进行裂隙水力劈裂分析方面具有明显的优势。（5）将XFEM应用于解决危岩主控结构面变形破坏分析﹑重力坝坝基断裂扩展模拟﹑压力隧洞水力劈裂分析与岩质边坡稳定性分析等工程问题。数值计算结果表明:扩展有限元法在不重新划分网格的前提下可以很好地进行开裂过程的模拟,同时能够显式地描述裂隙开裂的轨迹,对高水压作用下的岩体进行水力劈裂模拟,能较好的反映出裂隙水流与岩石开裂之间的相互影响;将矢量和法引入扩展有限元法中,并结合XFEM的接触模型用于节理岩质边坡的稳定性分析,不需要迭代计算,安全系数计算过程简单。
张彦君[7]（2019）在《顺层岩质边坡地震稳定性及滑坡运移过程DDA模拟方法》文中提出随着西部大开发战略和“一带一路”倡议的实施和推进,我国西南地区以及丝绸之路经济带沿线在建或己建的各类大型基础设施（如:南水北调西线工程,西气东输工程,西电东送工程,“三江地区”高坝工程,川藏铁路工程等）面临着更多的地震滑坡地质灾害问题,特别是顺层岩质边坡的地震失稳破坏问题更为广泛;而地震触发顺层岩质滑坡的动力失稳机制及其运移堆积过程比较复杂,目前仍不是十分清楚。因此,研究顺层岩质边坡的地震稳定性,以及地震滑坡启动后的运移堆积过程,揭示其动力灾变机理,为岩质边坡加固设计或滑坡灾害预防措施的制定提供科学依据,具有重要的科学意义和工程价值。本文以顺层岩质边坡为研究对象,考虑地震荷载作用下不同失稳破坏模式,提出相应的地震边坡稳定性评价方法,以及滑坡启动后运移堆积过程的模拟方法。主要内容可概化为以下几个部分:（1）考虑地震边坡真实的应力状态,结合非连续变形分析（DDA）数值方法与矢量和方法（VSM）,确定岩质边坡内部潜在滑动面上的抗滑力矢量和与下滑力矢量和,求解地震边坡的抗滑稳定安全系数时程曲线和永久位移,为顺层岩质边坡地震滑移稳定性的综合评价提供依据。（2）通过假定边坡失稳（滑坡启动）伴随着非连续面抗剪强度的瞬间弱化,建立边坡瞬时稳定性与非连续面抗剪强度参数之间的联系,提出一种状态依赖型的非连续面抗剪强度弱化模型;相较于现有的运动学依赖型抗剪强度弱化模型,本文所提出的模型函数关系简单、待定参数较少且对相关岩体材料试验技术要求较低,因而更容易构建与实施。（3）基于状态依赖型的非连续面抗剪强度弱化模型,改进DDA数值方法,开发相应的计算程序,并结合汶川地震诱发的大光包滑坡开展深入的数值模拟;结果表明非连续面抗剪强度弱化能够显着影响地震滑坡的演化进程、运移距离和堆积形态;相较于地震惯性力对滑坡运移堆积过程的直接影响,地震作用所导致的非连续面抗剪强度弱化对滑坡运移堆积过程的影响更为显着。（4）将顺层岩质边坡的溃屈破坏问题简化为多层梁的失稳问题,基于能量平衡原理,提出了复杂环境荷载下边坡溃屈稳定性评价的解析方法;相较于传统方法,本文提出的解析方法充分考虑顺层岩质边坡的多层分布特征和尺寸效应,能够提供更为合理的溃屈稳定性评价结果;通过参数敏感性分析,发现岩石的强度与变形特性、地质强度指标、岩层厚度和岩体扰动程度等因素对顺层岩质边坡溃屈稳定性的影响要强于岩石材料常数和岩层倾角等因素的影响。（5）从岩层溃屈变形破坏的内在机制出发,提出刚度折减技术并在DDA方法中实现,用以评价顺层岩质边坡的溃屈稳定性;采用DDA方法模拟单层岩体由顺层滑移状态逐渐过渡至溃屈变形破坏的演化过程,初步探究顺层岩质边坡的溃屈变形过程以及失稳破坏后的运移和堆积过程。（6）针对岩质边坡在极震条件下可能出现的倾覆破坏模式,基于力矩平衡原理,提出相应的抗倾覆稳定性评价的解析方法。通过探究地震荷载、超载、静水压力分布情况和张裂缝深度等因素对饱水岩质边坡抗倾覆稳定性的影响,发现边坡内部静水压力分布情况和地震荷载作用对岩质边坡的倾覆破坏起主导作用。此外,提出不同影响因素组合条件下饱水岩质边坡抗倾覆稳定性快速评价图,便于实际工程应用。
刘国阳[8]（2019）在《三维DDA接触模型与边坡滚石破坏规律研究》文中指出崩塌滚石是仅次于滑坡的地质灾害。陡坡上危岩体受三维空间结构面切割,在重力、风化营力、地震、渗透压力等外力作用下从母岩分离,形成滚石。边坡的变形失稳、运动、发展、破坏,是一种典型的非连续块体系统大位移和大变形动力问题,存在着复杂形状块体与复杂地形坡面间的接触变换。因此,准确描述滚石运动过程,掌握滚石运动规律和控制方法,是研究人员近期十分关注的工作。本文基于三维非连续变形分析（3D DDA）方法,综合室内试验、校园试验和现场试验等手段,考虑边坡三维地形及滚石几何特征,定量定性研究边坡失稳和崩塌滚石运动特征、能量转化、冲击破坏能力及致灾方量等,揭示边坡失稳和崩塌滚石成灾机理及规律,为滚石防护措施设计和工程防灾减灾奠定基础。论文主要内容如下:（1）将以进入块体模型为核心的接触理论引入到3D DDA方法;基于有限变形S-R分解理论,数值上实现了 3D DDA大转动模型的改进,解决了三维块体大转动引起的体积膨胀问题;通过节理面各角点接触力之和大小来确定整个节理面的接触状态,改进3D DDA临界滑动状态接触判断准则,解决了临界滑动状态块体运动不合理问题;根据恢复系数概念、动量定理和DDA接触力发展方式,得到了块体碰撞恢复系数、冲量和冲击力;发展了适用于大型岩质边坡稳定性分析及崩塌滚石模拟的3D DDA方法,并采用滑动、斜抛、自由落体、碰撞弹跳、滚动等滚石基本运动模型,验证了 3D DDA模拟的有效性。（2）考虑边坡变形惯性分量,推导适用于在边坡任意位置的块体失稳动力极限平衡条件公式。结合3D DDA方法,分析滑动和倾倒破坏等启动、运动、发展过程,研究了岩质边坡倾倒破坏机理。与Hoek和Bray的静力LEM相比,3D DDA和动力LEM结果拓宽了边坡失稳的纯滑动条件,但缩窄了倾倒-滑动条件。静力LEM高估了倾倒边坡的稳定能力,3D DDA模拟结果与地质工程实际观察到的现象相吻合,并指出高陡边坡小型倾倒破坏最终以崩塌滚石形式致灾。（3）提出基于3D DDA方法的滚石树木阻挡和平台防护措施,以坡面树木不同特征和排列方式为约束条件分析其对滚石的阻挡作用,总结出不同坡面特征下平台对滚石防护作用规律。结果表明,不同实体（滚石、树木和边坡）之间的接触和碰撞是滚石动能耗散和运动轨迹变化的重要原因。在滚石运动过程中,平动动能与总动能在数值大小和演进趋势上相接近。尽管转动动能占总动能的比例很小,但因角速度可影响碰撞后滚石运动轨迹的方向,所以在边坡防护中不可忽略。研究结果为栽植过程中的树木排列设计和平台宽度设计提供依据。（4）研发块体运动室内试验平台系统和双目立体视觉滚石现场试验系统。结合3D DDA模拟,研究了块体、块体柱、单排块体、散粒体等块体系统的失稳条件及三维破坏特征。考查校园和现场试验滚石侧向偏移、停留位置、弹跳高度、动能演进等指标,研究了滚石不同质量、形状、启落高度、启落角度和边坡不同几何特征等各工况下的滚石运动特征。结果表明,校园试验、现场试验和3D DDA模拟可定量确定滚石能量、弹跳高度、运移距离和侧向运动范围,总结出滚石运动与动力过程规律。（5）分析西藏自治区G318国道K4580典型工程滑坡和崩塌滚石的全过程及现象。从现场调研和监测结果判断,边坡滑坡可能为浅层平面滑坡和深层弧形滑坡。通过3D DDA模拟分析,展现了滑坡体内部空洞和地表下陷、张拉裂缝、剪切错动的形成过程。预测了潜在危岩体区域巨石和大体积崩塌体的失稳模式和破坏过程,实现了不同坡面条件下巨石和大体积崩塌滚石运动范围、停积位置和影响区域等灾害预测,为实际工程的防灾对策制定提供依据。
李琴[9]（2019）在《岩石水力破裂的气-液-固耦合数值模拟方法研究》文中研究表明岩石在气-液-固耦合条件下的水力破裂问题涉及石油、采矿、水利和新能源等各个行业。随着地表资源的逐渐匮乏,人类工程活动不断向地球深部进发,大型压裂技术被广泛用于各种深部资源的开发利用。同时,水压致裂问题也是影响大型水利水电结构安全性评估的一个常见因素。然而,由于水压开裂涉及固体（岩体）的动态破裂破坏,流体（通常情况下表现为多相流）在岩石动态裂隙网络中的流动,以及两者之间的耦合相互作用,岩石的水压致裂本质上是一个典型的复杂流固耦合问题。针对这类问题,常规的解析法和实验法具有一定的局限性。本文建立了岩石的拉伸全过程离散本构模型、准脆性裂纹扩展离散本构模型、各向异性的数值模型,并将上述模型与多相流计算方法耦合,最终建立了可同时考虑岩石的非连续破裂破坏、非均匀性、各向异性和气-液-固耦合相互作用的新型数值计算方法。主要研究内容及成果如下:（1）建立了岩石拉伸破坏全过程的非线性离散本构模型。采用三维离散弹簧模型（DLSM）对岩石拉伸破坏的机理进行详细解析,发现岩石细观强度的非均匀性对宏观拉伸破坏的峰前响应有影响,而初始缺陷的空间位置等信息可控制岩石材料的峰后响应,同时证明了非线性离散本构模型对DLSM描述岩石拉伸破坏全过程（峰前特性及峰后特性）的适用性。结合DLSM的特点和传统粘聚区模型建立了三种新型非线性离散本构模型并对其特性进行了分析。结果表明非线性岩石离散本构模型的峰后段可同时控制岩石宏观拉伸破坏的峰前和峰后响应,但对峰前响应的影响具有尺度无关性,而对峰后响应的影响具有尺度相关性。在此基础上提出了一种考虑尺度效应的离散本构模型参数选取方法,并通过实验数据对其进行了验证。（2）提出了考虑尺度效应的岩石准脆性裂纹扩展的离散本构模型及宏观/细观参数选取方法。依托类岩石材料准脆性裂纹扩展的物理实验结果,对DLSM进行了二次开发,增加了 DLSM求解准脆性裂纹扩展的新型本构。确定了非线性离散本构模型对DLSM求解准脆性裂纹扩展问题的必要性,并建立了一种考虑颗粒尺寸效应的新型非线性离散本构模型,推导了离散模型与宏观参数间的闭合关系式。通过与现有准脆性裂纹扩展物理实验数据的详细对比,对提出的新型准脆性裂纹扩展模型进行了验证。（3）提出了岩石各向异性的数字化表征方法。提出了基于非连续面表征的各向异性建模方法,通过加入非连续面来表征软弱夹层和微裂纹,弱面参数的输入采用常规非连续面的基本力学参数,破坏采用基本的库伦摩擦定律。考虑到现实中岩石各向异性可由弱面或者夹杂等多种因素导致,进一步提出了基于数字图像的岩石各向异性表征方法。结果表明基于数字图像的数值模型可从弹性模量、单轴抗拉强度和裂纹抵抗力等多个因素重现岩石的各向异性。（4）建立了多相流固耦合的新型数值模型。通过进一步将基于Shan-chen模型的单组多相（SCMP）-格子玻尔兹曼方法（LBM）与DLSM进行耦合,建立了一种可考虑气-液-固耦合相互作用的新型耦合数值计算方法,并对耦合方法进行了验证,包括多相流经典解、表面张力的Laplace解和三相接触角等经典多相流问题。此外,对在高速液滴冲击作用下的岩石破裂破坏过程进行了数值模拟,同时将模拟求解水压致裂实验的结果与现有物理实验进行了对比,验证了耦合计算模型在求解流固耦合问题方面的能力。在此基础上通过新开发的数值模型研究了考虑岩石材料非均匀性、几何非均匀性、各向异性、多相孔洞等因素对水压致裂的影响,并对混凝土高坝的水压开裂进行了模拟。
龚斌[10]（2019）在《非连续变形与位移（DDD）方法及其工程应用》文中进行了进一步梳理本文基于连续介质力学、统计损伤理论与接触力学,提出了一种新颖的能够有效模拟节理岩体非线性变形与破坏行为的全过程分析方法,即非连续变形与位移分析方法（The discontinuous deformation and displacement method,简称 DDD 方法）。该方法通过将经典的RFPA方法与DDA方法在理论与程序层面进行深度耦合,从而能够继承并融合两者的优势,并能够提供一种描述岩体从连续到非连续全过程行为的统一的、完整的物理数学表达,非常适合于模拟涉及小变形阶段（包括裂纹萌生、扩展与贯通等）与大位移阶段（包括块体平移、旋转与相互接触等）的岩体结构失稳破坏行为。在DDD方法中,通过推导统一的总体平衡方程,以联合求解连续问题和非连续问题,实现了利用统一的计算模型同时模拟连续的子区域和非连续的结构面的力学行为;通过构建特定的破裂序列,沟通连续介质与非连续介质方法,实现了岩石材料从连续介质到非连续介质的自动转化;通过建立统一的分析框架,完整概括岩石小变形阶段的破碎过程与大位移阶段的运动与接触过程,实现了岩石材料破坏失稳的全过程模拟。进一步地,为了提升单个块体的变形能力,细化快体内应力、应变场的分布,有限单元被嵌入到模型块体中。同时,这些内含的有限单元也赋予了单个完整块体进一步破碎的能力。即,包含特定数量有限单元的块体是可变形的,且在计算过程中可逐步破碎成更小的可变形块体。正是由于在块体中嵌入了有限单元,因此单个块体的应力场和应变场是可以精细计算得到的。在传统的DDA方法中,无论块体的形状如何,单个分割块体的应力和应变均会是常数,显然这样的处理对于纵横比较大的块体或具有尖锐角的块体是不适当的。虽然可以通过减小块体系统平均块体尺寸的方式得以改善,但计算成本会因此增加。另外,一块完整的DDD块体内部可以产生新裂纹,如果强度准则得到持续满足,它可以破坏成若干块更小的块体。满足强度准则的单元被称为破坏单元,破坏单元的边界被认为是新形成的可接触边,滑动、张开和锁定等可以沿着这些新形成的接触边产生。即,由于这些可接触边的存在,临近块体间的力学互动是允许的。此外,本文通过多组数值试验对提出的DDD方法的正确性与有效性加以证实。该方法计算应力分布、挠曲变形、动力滑移、强度特征等的表现得以检验。同时,进一步分析了非均匀试样中的裂纹萌生与扩展过程、块体系统的复杂失稳模式、高陡岩石边坡的滑坡失稳和反倾节理坡体的倾倒失稳行为等。结果表明,DDD方法的模拟结果与理论分析、前人研究成果和试验观测结果均能够很好地吻合。总体看来,本文所提出的DDD方法是非常值得信赖的,能够有效应用于模拟节理岩体的非线性力学行为中来。综上所述,DDD方法作为一种RFPA与DDA相耦合的方法,能够将分析域采用统一的模型进行分析,实现岩石类材料从连续介质到非连续介质的自动转化,能够很好地模拟岩体工程中常见的岩石渐进破坏全过程与瞬时失稳破坏过程,克服了经典的RFPA方法与DDA方法的不足,这些提升均使得DDD方法相比传统的连续介质方法与非连续介质方法的适用范围更广,更能满足实际工程的需要。尽管仍然面临一些挑战,然而DDD方法已经表现出来了不同于传统数值方法的独特优势。
二、三维非连续变形分析方法中摩擦接触问题的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、三维非连续变形分析方法中摩擦接触问题的研究（论文提纲范文）
（2）数值流形方法在转动、接触和弹塑性计算中的若干改进（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 数值流形方法理论的发展 |
| 1.2.2 大变形计算的相关理论 |
| 1.3 研究内容和创新点 |
| 2 数值流形方法基本框架和网格剖分 |
| 2.1 NMM的整体近似格式 |
| 2.1.1 覆盖和权函数 |
| 2.1.2 流形单元 |
| 2.2 NMM的基本方程 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 弱形式的控制方程 |
| 2.3 NMM控制方程的积分 |
| 2.3.1 推导高阶单纯形积分公式 |
| 2.3.2 时步积分 |
| 2.4 接触理论简介 |
| 2.5 编写NMM网格剖分算法 |
| 2.6 小结 |
| 3 转动误差和基于有限变形理论的修正 |
| 3.1 转动误差的表现形式 |
| 3.2 转动体积误差的估计方法 |
| 3.3 转动误差的修正方法 |
| 3.3.1 修正后的静力计算格式 |
| 3.3.2 修正后的动力计算格式 |
| 3.3.3 构型更新和应力更新格式 |
| 3.4 算例和验证 |
| 3.4.1 静力算例:悬臂梁弯曲 |
| 3.4.2 简单自由转动测试 |
| 3.4.3 简单接触算例——落石的模拟 |
| 3.4.4 简单接触算例——能量守恒问题 |
| 3.5 小结 |
| 4 接触收敛问题、新的摩擦弹簧和粘聚力模型 |
| 4.1 理论接触模型和开闭迭代算法中的收敛性问题 |
| 4.1.1 理想的库伦接触模型 |
| 4.1.2 原始开闭迭代的优势和问题 |
| 4.2 新的接触计算格式 |
| 4.2.1 推导线性化公式 |
| 4.2.2 推导摩擦弹簧和其它接触弹簧 |
| 4.2.3 新的接触迭代格式 |
| 4.2.4 接触中的不可恢复变形和接触点更新 |
| 4.2.5 小结 |
| 4.3 简单验证和讨论 |
| 4.3.1 斜坡上的块体 |
| 4.3.2 简单滑动测试 |
| 4.4 接触收敛性比较和讨论 |
| 4.5 DDA和NMM的粘聚力问题 |
| 4.5.1 考虑粘聚力的摩擦弹簧和粘聚力离散 |
| 4.5.2 临界滑动问题中被低估的粘聚强度 |
| 4.5.3 粘聚力问题的解释和修正措施 |
| 4.5.4 粘聚力问题的简单验证 |
| 4.6 算例 |
| 4.6.1 圆弧滑动算例 |
| 4.6.2 简单金字塔算例 |
| 4.7 小结 |
| 5 考虑中主应力和抗拉强度的磨圆摩尔库伦准则 |
| 5.1 摩尔库伦准则 |
| 5.2 考虑中主应力和抗拉强度的磨圆摩尔库仑准则 |
| 5.2.1 磨圆八面体平面 |
| 5.2.2 磨圆切平面 |
| 5.2.3 新准则的表达式 |
| 5.3 用途:消去摩尔库伦准则的数值尖点 |
| 5.4 用途:表征中主应力影响和抗拉强度 |
| 5.4.1 标定粘聚力和内摩擦角 |
| 5.4.2 标定中主应力的影响 |
| 5.4.3 标定抗拉强度 |
| 5.5 凸区间验证 |
| 5.6 模型的应用 |
| 5.6.1 模型标定的例子 |
| 5.6.2 近似摩尔库伦的算例 |
| 5.7 小结 |
| 5.8 本章附录 |
| 6 塑性求解器和塑性大变形计算 |
| 6.1 弹塑性计算简述 |
| 6.1.1 弹塑性计算基本思路 |
| 6.1.2 基于连续模量的经典格式及其存在的问题 |
| 6.2 基于最近点映射和一维搜索的塑性求解器 |
| 6.2.1 最近点映射算法 |
| 6.2.2 控制步长的一维搜索方法 |
| 6.2.3 针对一维搜索算法的验证和测试 |
| 6.2.4 流形单元的单元积分和平衡迭代 |
| 6.3 静力算例和测试 |
| 6.3.1 地基承载力算例 |
| 6.3.2 边坡安全系数算例 |
| 6.4 塑性大变形求解格式 |
| 6.4.1 塑性大变形计算的控制方程 |
| 6.4.2 数学单元修正 |
| 6.4.3 新旧网格变量传递 |
| 6.5 简单的大变形算例 |
| 6.5.1 梁大变形——测试网格重划分导致的精度损失 |
| 6.5.2 砂土滑坡过程模拟 |
| 6.5.3 土体坍塌模拟 |
| 6.6 小结 |
| 7 新的覆盖光滑单元 |
| 7.1 预备知识 |
| 7.2 光滑有限元方法 |
| 7.2.1 光滑域和光滑应变 |
| 7.2.2 常见光滑有限元方法的精度和计算成本 |
| 7.3 新的覆盖光滑单元 |
| 7.4 光滑单元的通用编程格式 |
| 7.4.1 弹塑性分析中的矩阵方程 |
| 7.4.2 边界条件 |
| 7.4.3 关于新单元的小结 |
| 7.5 算例测试 |
| 7.5.1 悬臂梁弯曲测试 |
| 7.5.2 材料不连续的处理 |
| 7.5.3 地基承载力算例 |
| 7.5.4 边坡稳定分析算例 |
| 7.6 小结 |
| 8 结论和展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（3）基于离散元的堆石料宏细观参数智能反分析及其工程应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 工程中反分析问题及其适定性研究进展 |
| 1.2.2 堆石料宏观本构模型参数反分析研究进展 |
| 1.2.3 堆石料细观接触模型参数标定研究进展 |
| 1.2.4 工程尺度的离散元方法应用研究进展 |
| 1.2.5 人工智能算法研究进展 |
| 1.3 研究问题的提出 |
| 1.4 研究内容和技术路线 |
| 1.5 主要创新点 |
| 2 基于结构监测数据的堆石料宏观本构模型参数反分析 |
| 2.1 堆石料材料特性 |
| 2.2 堆石料材料的多尺度描述 |
| 2.3 堆石料宏观本构模型参数自适应反分析 |
| 2.3.1 堆石料本构模型 |
| 2.3.2 HS-MMRVM算法基本原理 |
| 2.3.3 堆石料宏观参数自适应反分析模型构建 |
| 2.3.4 堆石料宏观参数自适应反分析模型应用实例 |
| 2.4 堆石料宏观本构模型参数不确定性反分析 |
| 2.4.1 蒙特卡洛随机有限元基本原理 |
| 2.4.2 基于RVM和随机有限元的不确定性反分析模型构建 |
| 2.4.3 不确定性反分析模型应用实例 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于室内三轴试验数据的堆石料细观接触模型参数标定 |
| 3.1 堆石料离散元模拟 |
| 3.1.1 离散元模拟的关键技术 |
| 3.1.2 堆石料细观接触模型 |
| 3.1.3 堆石料离散元三轴试样生成 |
| 3.2 堆石料细观参数对其变形特性影响分析 |
| 3.2.1 堆石料变形特性影响因素分析 |
| 3.2.2 堆石料细观参数的影响机理分析 |
| 3.2.3 堆石料变形特性曲线关联分析 |
| 3.3 单围压下基于应力应变曲线的堆石料细观接触模型参数标定 |
| 3.3.1 QGA-SVM算法基本原理 |
| 3.3.2 基于应力应变曲线的细观参数标定模型构建 |
| 3.3.3 基于应力应变曲线的细观参数标定模型应用实例 |
| 3.4 多围压下基于宏观本构模型参数的堆石料细观接触模型参数标定 |
| 3.4.1 基于宏观参数的细观参数标定模型构建 |
| 3.4.2 基于宏观参数的细观参数标定模型应用实例 |
| 3.5 堆石料三轴试验细观机理分析 |
| 3.5.1 堆石料破裂特性分析 |
| 3.5.2 堆石料细观组构特性的定性与定量分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于结构监测数据的堆石料细观接触模型参数标定 |
| 4.1 基于结构监测数据的细观参数标定模型 |
| 4.1.1 基于结构监测数据的标定模型可行性 |
| 4.1.2 基于结构监测数据的标定模型目标函数 |
| 4.1.3 基于结构监测数据的标定模型构造 |
| 4.2 基于结构监测数据的细观参数标定模型应用实例 |
| 4.2.1 堆石料宏细观数值模型构建 |
| 4.2.2 堆石料细观参数标定结果分析 |
| 4.3 基于细观参数标定的堆石坝离散元数值仿真研究初探 |
| 4.3.1 堆石坝离散元模拟的关键问题及其解决方案 |
| 4.3.2 堆石坝离散元与有限元模拟结果分析 |
| 4.4 堆石料宏细观参数反分析软件开发 |
| 4.4.1 反分析软件结构设计 |
| 4.4.2 反分析软件功能设计 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于细观参数标定结果的堆石边坡失稳演变过程离散元分析 |
| 5.1 堆石边坡工程案例背景 |
| 5.2 堆石边坡细观接触模型及其参数标定 |
| 5.3 堆石边坡施工工况分析 |
| 5.3.1 施工工况离散元模型构建 |
| 5.3.2 施工工况失稳演变过程分析 |
| 5.4 堆石边坡运行工况分析 |
| 5.4.1 运行工况离散元模型构建 |
| 5.4.2 运行工况失稳演变过程分析 |
| 5.5 堆石边坡滚石工况分析 |
| 5.5.1 滚石工况离散元模型构建 |
| 5.5.2 滚石工况运动分析 |
| 5.6 堆石边坡地震工况分析 |
| 5.6.1 离散元粘性边界基本原理及其构建 |
| 5.6.2 不同边界条件下的离散元模型动力响应分析 |
| 5.6.3 堆石边坡工程地震时程分析 |
| 5.7 堆石边坡工程措施实施效果分析 |
| 5.7.1 工程措施的离散元模型构建 |
| 5.7.2 不同混凝土挡墙高度下运行工况分析 |
| 5.7.3 不同混凝土挡墙高度下滚石工况分析 |
| 5.8 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（4）基于三维DDA方法的类楔形体稳定性分析（论文提纲范文）
| 内容摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 工程背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 1.4 技术路线 |
| 2 楔形体稳定性计算方法 |
| 2.1 极射赤平投影法 |
| 2.2 传统极限平衡法 |
| 2.3 基于摩尔-库伦相关联流动法则的上限法 |
| 2.4 基于潘家铮最大原理的广义极限平衡法 |
| 2.5 考虑结构面各向同性剪胀的分析法 |
| 2.6 楔形体稳定性分析塑性力学广义解法 |
| 2.7 楔形体计算方法的优点和局限性 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 三维DDA的基本原理 |
| 3.1 基本变量 |
| 3.2 主要荷载 |
| 3.3 基本方程 |
| 3.4 基本方程的子矩阵 |
| 3.5 接触条件及其相关矩阵 |
| 3.6 接触的开闭迭代与状态转换 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 三维DDA的建模和结果展示 |
| 4.1 三维DDA程序基本介绍 |
| 4.2 三维DDA计算程序输入文件构成 |
| 4.3 三维DDA的处理程序及结果展示 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 三维DDA方法的类楔形体稳定性评价 |
| 5.1 空间类楔形体内摩擦角的取值条件 |
| 5.2 三维 DDA 类型形体模拟计算 |
| 5.3 底结构面仰角和旋转角对类楔形体安全系数的研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 工程应用 |
| 6.1 工程简介 |
| 6.2 工程地质条件 |
| 6.3 边坡现状 |
| 6.4 潜在失稳体受力模式分析 |
| 6.5 稳定性分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 第五章类楔形体的建模 |
| 附录 第六章丰宁抽水蓄能电站左侧圆弧段边坡的建模 |
| 附录 攻读硕士学位期间发表的文章和参与的项目 |
| 致谢 |
（5）基于非连续变形分析方法的节理岩体隧道稳定性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 岩体节理特性的研究进展 |
| 1.2.2 节理岩体的非连续变形分析方法 |
| 1.4 研究的内容及方法 |
| 1.4.1 研究的目的 |
| 1.4.2 研究的主要内容 |
| 1.4.3 研究的方法及技术路线图 |
| 第2章 岩体节理的参数与非连续变形分析理论 |
| 2.1 岩体节理参数的统计分布特征 |
| 2.1.1 岩体节理的力学参数 |
| 2.1.2 岩体节理的几何参数 |
| 2.2 非连续变形分析方法 |
| 2.2.1 块体的变形与位移模式 |
| 2.2.2 块体的接触 |
| 2.2.3 块体系统的总体平衡方程 |
| 2.3 非连续变形分析方法的原始程序 |
| 2.3.1 DDA原始程序前处理部分的不足 |
| 2.3.2 DDA原始程序求解计算部分的不足 |
| 2.3.3 DDA原始程序后处理部分的不足 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 非连续变形分析方法的改进与程序实现 |
| 3.1 程序开发概述 |
| 3.1.1 程序化计算 |
| 3.1.2 C语言与MATLAB |
| 3.2 非连续变形分析程序的一些关键算法 |
| 3.2.1 矢量计算 |
| 3.2.2 几何分析 |
| 3.2.3 矩阵相关算法 |
| 3.3 非连续变形分析方法原始程序的改进 |
| 3.3.1 前处理程序的改进 |
| 3.3.2 隧道开挖的建模方法改进 |
| 3.3.3 计算求解程序的改进 |
| 3.3.4 后处理程序的改进 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于非连续变形分析方法的隧道稳定性分析 |
| 4.1 中亚天然气管道南线1#隧道概况 |
| 4.2 1#隧道的非连续变形分析 |
| 4.3 1#隧道的变形结果分析 |
| 4.4 节理对隧道开挖过程中围岩变形影响的数值试验 |
| 4.4.1 计算模型及力学参数 |
| 4.4.2 隧道洞室变形特点 |
| 4.4.3 节理倾角变化时隧道洞室的变形特点 |
| 4.4.4 节理摩擦角变化时隧道洞室的变形特点 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间的科研成果 |
| 致谢 |
| 附录 |
| 附录1 部分前处理程序代码 |
| 附录2 部分后处理程序代码 |
| 附录3 DDA中加入阻尼的部分程序代码 |
（6）扩展有限元法及其在岩体裂隙扩展模拟中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景与研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 岩体裂隙扩展试验与理论研究 |
| 1.2.2 裂隙岩体数值模拟方法及其现状 |
| 1.2.3 岩石压剪断裂研究现状 |
| 1.2.4 岩体水力劈裂研究进展 |
| 1.2.5 扩展有限元法研究进展 |
| 1.3 研究内容 |
| 1.4 主要创新点 |
| 1.5 研究技术路线 |
| 第二章 岩体裂纹扩展的理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 裂纹扩展的类型 |
| 2.3 裂尖附近的应力场和位移场 |
| 2.3.1 张开型裂纹 |
| 2.3.2 滑移型裂纹 |
| 2.3.3 撕开型裂纹 |
| 2.4 应力强度因子 |
| 2.4.1 应力强度因子的定义 |
| 2.4.2 应力强度因子的计算 |
| 2.5 岩体裂纹扩展的复合型断裂判据研究 |
| 2.5.1 拉剪应力状态下岩石复合型断裂判据 |
| 2.5.2 压剪应力状态下岩石复合型断裂判据 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 裂纹扩展问题的扩展有限元法及程序实现 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 单位分解法 |
| 3.3 扩展有限元法的基本原理 |
| 3.3.1 扩展有限元的位移模式 |
| 3.3.2 控制方程 |
| 3.3.3 离散方程 |
| 3.4 扩展有限元法的程序实现 |
| 3.4.1 等参单元 |
| 3.4.2 含裂纹单元的数值积分 |
| 3.4.3 等参元逆变换 |
| 3.4.4 水平集法 |
| 3.4.5 富集结点的选取 |
| 3.5 裂纹开裂准则与应力强度因子计算 |
| 3.5.1 裂纹开裂准则 |
| 3.5.2 应力强度因子的计算 |
| 3.6 重分析方法 |
| 3.7 扩展有限元法的程序流程 |
| 3.8 算例 |
| 3.8.1 含中心裂纹的有限板 |
| 3.8.2 含孔洞有限板单边裂纹扩展 |
| 3.8.3 重分析 |
| 3.9 本章小结 |
| 第四章 摩擦接触问题的扩展有限元法数值模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 扩展有限元接触模型 |
| 4.2.1 扩展有限元的位移模式 |
| 4.2.2 扩展有限元控制方程 |
| 4.3 接触条件 |
| 4.4 非光滑方程组 |
| 4.5 非光滑阻尼牛顿法 |
| 4.6 算例 |
| 4.6.1 单边裂纹受压板 |
| 4.6.2 含贯穿裂纹平板 |
| 4.6.3 含孔边裂纹平板 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 裂隙岩体水力劈裂问题的扩展有限元数值模拟 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 扩展有限元水力劈裂模型 |
| 5.2.1 扩展有限元的位移模式 |
| 5.2.2 扩展有限元控制方程 |
| 5.2.3 扩展有限元离散方程 |
| 5.2.4 数值积分方法 |
| 5.3 流固耦合模型 |
| 5.3.1 单裂纹水流运动模型 |
| 5.3.2 等效水力隙宽 |
| 5.4 应力强度因子计算与裂纹开裂准则 |
| 5.4.1 应力强度因子计算 |
| 5.4.2 裂纹开裂准则 |
| 5.5 耦合求解 |
| 5.6 算例 |
| 5.6.1 单边裂纹板受均匀水压作用 |
| 5.6.2 岩石试件水力劈裂分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 工程应用 |
| 6.1 危岩主控结构面变形破坏分析 |
| 6.1.1 工程概况 |
| 6.1.2 计算模型 |
| 6.1.3 荷载工况 |
| 6.1.4 计算结果及失稳机理分析 |
| 6.2 重力坝坝基断裂扩展模拟 |
| 6.2.1 计算模型 |
| 6.2.2 计算参数及荷载工况 |
| 6.2.3 计算结果及分析 |
| 6.3 压力隧洞水力劈裂分析 |
| 6.3.1 计算模型 |
| 6.3.2 裂纹对洞周应力场的影响 |
| 6.3.3 裂纹对洞周位移场的影响 |
| 6.3.4 水力劈裂对洞周应力场的影响 |
| 6.3.5 水力劈裂对洞周位移场的影响 |
| 6.3.6 裂纹扩展对洞周应力场和位移场的影响 |
| 6.4 岩质边坡稳定性分析 |
| 6.4.1 计算模型 |
| 6.4.2 计算结果及分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 致谢 |
（7）顺层岩质边坡地震稳定性及滑坡运移过程DDA模拟方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.1.1 顺层岩质边坡破坏模式及影响因素 |
| 1.1.2 地震触发顺层滑坡的主要特征及失稳机制 |
| 1.1.3 顺层岩质边坡地震稳定性及运移过程的研究意义 |
| 1.2 国内外相关工作研究进展 |
| 1.2.1 地震边坡动力失稳及运移机制的工程地质分析 |
| 1.2.2 地震边坡动力响应及破坏机制的模型试验 |
| 1.2.3 地震边坡动力稳定性评价方法 |
| 1.2.4 地震滑坡运移堆积过程分析方法 |
| 1.3 本文主要研究内容及技术路线 |
| 1.3.1 本文的主要研究内容 |
| 1.3.2 研究采用的技术路线 |
| 2 非连续变形分析方法及地震加载机制 |
| 2.1 DDA数值方法基本理论 |
| 2.1.1 块体变形矩阵 |
| 2.1.2 系统平衡方程 |
| 2.1.3 块体接触机制 |
| 2.1.4 时间积分格式 |
| 2.2 DDA动力分析中地震加载机制 |
| 2.2.1 地震记录的选取原则 |
| 2.2.2 地震记录的基线校正 |
| 2.2.3 地震加载的实现方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 顺层岩质边坡地震滑移过程的DDA模拟方法 |
| 3.1 地震作用下岩质边坡抗滑稳定性分析 |
| 3.1.1 岩质边坡抗滑稳定安全系数的DDA计算方法 |
| 3.1.2 岩质边坡抗滑稳定安全系数的VSM计算方法 |
| 3.1.3 抗滑稳定安全系数矢量和分析法在DDA中的实现 |
| 3.1.4 抗滑稳定安全系数计算的DDA-VSM方法验证 |
| 3.2 地震作用下岩质边坡失稳滑移过程的DDA模拟 |
| 3.2.1 滑坡过程中非连续面剪切强度弱化问题 |
| 3.2.2 状态依赖型的非连续面剪切强度弱化模型 |
| 3.2.3 状态依赖型强度模型在DDA方法中的实现 |
| 3.2.4 改进DDA数值方法的验证 |
| 3.2.5 改进DDA数值方法的应用 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 顺层岩质边坡地震溃屈破坏的分析方法 |
| 4.1 顺层岩质边坡溃屈稳定性评价解析方法 |
| 4.1.1 基于多层梁模型的溃屈稳定性评价解析方法 |
| 4.1.2 考虑边坡尺寸效应的溃屈稳定性评价解析方法 |
| 4.1.3 顺层岩质边坡溃屈稳定性解析方法的验证 |
| 4.1.4 顺层岩质边坡溃屈稳定性的影响因素研究 |
| 4.2 顺层岩质边坡溃屈变形破坏过程的数值模拟 |
| 4.2.1 基于刚度折减技术的溃屈稳定性分析 |
| 4.2.2 刚度折减技术在DDA数值方法中的实现 |
| 4.2.3 顺层岩质边坡溃屈变形破坏过程的数值模拟 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 岩质边坡地震倾覆破坏的分析方法 |
| 5.1 岩质边坡倾覆稳定性评价解析方法 |
| 5.2 基于力矩平衡原理的倾覆稳定性分析方法 |
| 5.3 岩质边坡倾覆稳定性评价解析方法的验证 |
| 5.4 岩质边坡倾覆稳定性的影响因素研究及快速评估图 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）三维DDA接触模型与边坡滚石破坏规律研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外边坡滚石研究现状 |
| 1.2.1 滚石成因机制及失稳启动模式 |
| 1.2.2 滚石运动特征及研究方法 |
| 1.2.3 滚石灾害评价及防护方法 |
| 1.3 非连续变形分析(DDA)方法研究现状 |
| 1.3.1 DDA方法简介及优势 |
| 1.3.2 DDA理论研究现状 |
| 1.3.3 DDA应用研究现状 |
| 1.3.4 3D DDA方法研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 2 三维DDA方法与接触模型改进 |
| 2.1 三维DDA基本原理 |
| 2.2 三维接触处理 |
| 2.2.1 块体数学表示 |
| 2.2.2 接触代数计算 |
| 2.2.3 接触力学计算 |
| 2.2.4 接触理论在3D DDA中的实现 |
| 2.3 块体大转动模型改进 |
| 2.3.1 S-R分解理论 |
| 2.3.2 转动模型改进 |
| 2.3.3 改进结果 |
| 2.4 块体临界滑动模型改进 |
| 2.4.1 3D DDA滑动模型局限性 |
| 2.4.2 滑动模型改进 |
| 2.4.3 改进结果 |
| 2.5 块体碰撞接触模型分析 |
| 2.5.1 3D DDA动力学基础 |
| 2.5.2 碰撞恢复系数 |
| 2.5.3 碰撞冲量 |
| 2.6 滚石基本运动3D DDA验证 |
| 2.6.1 滑动、斜抛、自由落体 |
| 2.6.2 碰撞弹跳 |
| 2.6.3 滚动 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 岩质边坡倾倒破坏机理 |
| 3.1 岩质边坡破坏模式 |
| 3.1.1 滑移模式 |
| 3.1.2 倾倒模式 |
| 3.1.3 崩塌落石模式 |
| 3.2 考虑惯性分量的失稳模型分析 |
| 3.2.1 单块体模型 |
| 3.2.2 块体柱模型 |
| 3.2.3 倾倒型边坡 |
| 3.3 倾倒分析的进一步工作 |
| 3.4 倾倒模型分析与力学机理探究 |
| 3.4.1 单块体及块体柱 |
| 3.4.2 Goodman倾倒边坡模型 |
| 3.5 理想山坡岩体倾倒分析 |
| 3.6 工程实例 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 边坡滚石破坏的树木阻挡效应和平台防护作用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 滚石边坡重要研究指标 |
| 4.2.1 滚石动能 |
| 4.2.2 滚石运动轨迹 |
| 4.2.3 滚石动能和运动轨迹验证分析 |
| 4.3 考虑树木阻挡效应的滚石运动 |
| 4.3.1 运动形式 |
| 4.3.2 碰撞类型 |
| 4.3.3 树木阻挡效应 |
| 4.4 树木阻挡滚石模型输出 |
| 4.5 树木阻挡算例分析 |
| 4.5.1 树高 |
| 4.5.2 树木半径 |
| 4.5.3 树木与滚石崩塌起始点距离 |
| 4.5.4 树木间距 |
| 4.5.5 树木分布 |
| 4.6 滚石平台防护作用算例分析 |
| 4.6.1 坡高 |
| 4.6.2 坡角 |
| 4.6.3 坡形 |
| 4.7 工程实例 |
| 4.7.1 树木拦挡效应 |
| 4.7.2 滚石平台防护作用 |
| 4.8 本章小结 |
| 5 块体运动试验与滚石运动特征研究 |
| 5.1 室内试验材料 |
| 5.2 室内试验平台系统 |
| 5.3 室内试验工况及结果分析 |
| 5.3.1 单块体及块体柱 |
| 5.3.2 单排块体系统 |
| 5.3.3 散粒体 |
| 5.3.4 失稳块体沿途碰撞 |
| 5.3.5 柱状物阻挡块体运动 |
| 5.4 室外试验场地与滚石选择 |
| 5.4.1 试验场地 |
| 5.4.2 试验滚石 |
| 5.5 双目立体视觉滚石试验系统 |
| 5.5.1 滚石自动释放装置 |
| 5.5.2 滚石空间位置测定系统 |
| 5.5.3 双目相机立体视觉系统 |
| 5.5.4 现场滚石试验系统 |
| 5.5.5 相机标定系统 |
| 5.5.6 试验研究指标 |
| 5.6 校园边坡试验工况及结果分析 |
| 5.6.1 边坡A滚石运动特征 |
| 5.6.2 边坡B滚石运动特征 |
| 5.6.3 边坡C滚石运动特征 |
| 5.6.4 滚石运动过程分析 |
| 5.7 现场边坡试验工况及结果分析 |
| 5.7.1 滚石不同质量 |
| 5.7.2 滚石不同形状 |
| 5.7.3 滚石不同启落高度 |
| 5.7.4 滚石不同启落角度 |
| 5.7.5 边坡不同几何特征 |
| 5.7.6 滚石运动过程分析 |
| 5.8 本章小结 |
| 6 西藏K4580典型边坡滑坡及崩塌滚石分析 |
| 6.1 工程概况 |
| 6.2 边坡3D DDA模型 |
| 6.3 大型滑坡分析 |
| 6.4 巨石崩塌分析 |
| 6.5 大型崩塌分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）岩石水力破裂的气-液-固耦合数值模拟方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 岩石的水压致裂及流固耦合 |
| 1.2.2 岩石破裂的数值模型 |
| 1.2.3 两相流数值方法 |
| 1.2.4 存在的问题 |
| 1.3 研究内容与技术路线 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 第2章 岩石拉伸破坏全过程的非线性离散本构模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 DLSM数值计算方法及非线性本构模型 |
| 2.2.1 DLSM三维离散模型 |
| 2.2.2 非线性离散本构模型 |
| 2.3 基于脆性DLSM的岩石拉伸破坏机理解析 |
| 2.3.1 细观切向破坏 |
| 2.3.2 加载速率的影响 |
| 2.3.3 岩石非均匀性的影响 |
| 2.3.4 岩石初始缺陷的影响 |
| 2.4 非线性DLSM的岩石拉伸破坏过程重构 |
| 2.4.1 非线性本构模型的影响 |
| 2.4.2 细观峰后参数对岩石宏观拉伸特性的影响 |
| 2.4.3 考虑尺度效应的本构参数选取及验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 岩石准脆性裂纹扩展的离散本构模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 二维显式DLSM |
| 3.2.1 基本原理 |
| 3.2.2 法向弹簧和多体剪切弹簧 |
| 3.2.3 动态显式求解步骤 |
| 3.2.4 材料参数的选取 |
| 3.3 脆性DLSM应用于准脆性开裂的验证 |
| 3.3.1 脆性本构参数 |
| 3.3.2 几何非均匀性 |
| 3.3.3 材料非均匀性 |
| 3.4 准脆性开裂的离散本构模型 |
| 3.4.1 本构模型 |
| 3.4.2 参数选取 |
| 3.5 模型验证 |
| 3.5.1 参数校验 |
| 3.5.2 预测性验证 |
| 3.6 地下工程衬砌开裂的研究 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 岩石各向异性的离散数值模型表征方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于非连续面的岩石各向异性模型表征方法 |
| 4.2.1 非连续DLSM |
| 4.2.2 离心加载数值模型 |
| 4.2.3 节理岩石边坡的计算模型 |
| 4.2.4 数值结果与验证 |
| 4.3 基于数字化图像的岩石各向异性模型表征 |
| 4.3.1 数字化表征方法 |
| 4.3.2 数字化轴向弹模的估算公式 |
| 4.3.3 岩石轴向弹性模量的各向异性 |
| 4.3.4 岩石抗拉强度的各向异性 |
| 4.3.5 岩石裂纹起裂和扩展的各向异性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 岩石水压破裂的气-液-固耦合模型 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 气-液-固耦合模型 |
| 5.2.1 多相流的Shan-chen SCMP-LBM |
| 5.2.2 Shan-chen SCMP-LBM与DLSM的耦合方法 |
| 5.3 耦合模型的验证 |
| 5.3.1 平板两相并流问题 |
| 5.3.2 拉普拉斯定律 |
| 5.3.3 接触角 |
| 5.3.4 水箱底面压力模拟 |
| 5.3.5 气缸模拟 |
| 5.3.6 岩石在液滴冲击下的破裂模拟 |
| 5.4 气-液-固耦合模型的水压致裂研究 |
| 5.4.1 水压致裂实验验证 |
| 5.4.2 岩石非均匀性对水压致裂的影响 |
| 5.4.3 岩石各向异性对水压致裂的影响 |
| 5.4.4 多相孔洞对水压致裂的影响 |
| 5.4.5 混凝土高坝的水压开裂模拟 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（10）非连续变形与位移（DDD）方法及其工程应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外相关工作研究进展 |
| 1.2.1 引言 |
| 1.2.2 连续介质力学方法 |
| 1.2.3 非连续介质力学方法 |
| 1.2.4 连续与非连续耦合方法 |
| 1.3 本文主要研究思路 |
| 2 非连续变形与位移(DDD)方法基本理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 位移函数 |
| 2.3 总体平衡方程 |
| 2.3.1 方程的形式 |
| 2.3.2 单元刚度矩阵 |
| 2.3.3 初始应力矩阵 |
| 2.3.4 点荷载矩阵 |
| 2.3.5 位移约束矩阵 |
| 2.3.6 体荷载矩阵 |
| 2.3.7 惯性力矩阵 |
| 2.4 块体接触矩阵 |
| 2.4.1 法向弹簧矩阵 |
| 2.4.2 切向弹簧矩阵 |
| 2.4.3 摩擦力矩阵 |
| 2.5 本章小节 |
| 3 连续到非连续分析的数值实现 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 平衡方程的组装 |
| 3.3 材料参数统计分布 |
| 3.4 单元应力-应变关系 |
| 3.5 强度准则 |
| 3.6 块体破碎过程 |
| 3.7 DDD程序求解过程与实现 |
| 3.8 本章小节 |
| 4 岩石力学试验验证 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 梁弯曲测试 |
| 4.2.1 悬臂梁 |
| 4.2.2 简支梁 |
| 4.3 块体滑移 |
| 4.3.1 三角形块体 |
| 4.3.2 长方形块体 |
| 4.4 巴西圆盘试验 |
| 4.5 直剪试验 |
| 4.6 单轴压缩试验 |
| 4.7 块体系统失稳过程 |
| 4.8 本章小节 |
| 5 工程应用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 岩质高边坡滑移失稳破坏 |
| 5.2.1 工程地质条件 |
| 5.2.2 数值模型与参数 |
| 5.2.3 结果与分析 |
| 5.3 反倾岩质边坡倾倒失稳破坏 |
| 5.4 海岸峭壁退化过程 |
| 5.5 本章小节 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
四、三维非连续变形分析方法中摩擦接触问题的研究（论文参考文献）
- [1]基于体的三维块体接触算法研究及其在洞室围岩破坏过程中应用[D]. 田锋. 辽宁工程技术大学, 2021
- [2]数值流形方法在转动、接触和弹塑性计算中的若干改进[D]. 张宁. 北京交通大学, 2020(06)
- [3]基于离散元的堆石料宏细观参数智能反分析及其工程应用研究[D]. 马春辉. 西安理工大学, 2020
- [4]基于三维DDA方法的类楔形体稳定性分析[D]. 王南南. 三峡大学, 2020(06)
- [5]基于非连续变形分析方法的节理岩体隧道稳定性研究[D]. 王兵. 西安建筑科技大学, 2020(01)
- [6]扩展有限元法及其在岩体裂隙扩展模拟中的应用研究[D]. 郑安兴. 上海交通大学, 2015(03)
- [7]顺层岩质边坡地震稳定性及滑坡运移过程DDA模拟方法[D]. 张彦君. 大连理工大学, 2019(08)
- [8]三维DDA接触模型与边坡滚石破坏规律研究[D]. 刘国阳. 大连理工大学, 2019(08)
- [9]岩石水力破裂的气-液-固耦合数值模拟方法研究[D]. 李琴. 天津大学, 2019(01)
- [10]非连续变形与位移（DDD）方法及其工程应用[D]. 龚斌. 大连理工大学, 2019(06)