充分发展的QDS方法二阶格式及其应用

介绍了QDS方法Euler求解器的基本思路,并从以下三个方面做了改进：（1）在统计网格宏观量时,考虑了相邻网格内流动量的梯度,发展成了二阶格式,使得在QDS算法中的粒子重构和网格宏观量统计都达到二阶格式,由此为充分发展的二阶格式;（2）在进行网格宏观量统计时,提出将按网格进行宏观量统计修改为按粒子位置更新网格宏观量,减少了对粒子进行遍历的次数,大大提高了计算效率;（3）在改进后的二阶格式中引进了斜率限制器,比较了不同斜率限制器的效果。     

半弹簧接触模型及其在边坡破坏计算中的应用

提出了一种用于判断、描述三维离散块体的接触状态, 计算块体间接触力的半弹簧接触模型. 该模型将一对接触块体分为母块体及子块体, 半弹簧位于母块体上, 由母块体各节点缩进至各母面面内形成, 目标面位于子块体上. 该模型根据半弹簧与目标面的几何关系直接计算接触力, 无需耗费大量时间判断两个块体的接触类型及计算两个块体的接触面积. 该模型可以解决准三维条件下地质体渐进破坏的计算, 将该模型应用于边坡渐进破坏分析,计算结果与实际情况相符.      

Mechanical analysis of interaction between plant roots and rock and soil mass in slope vegetation

With the help of plant roots, slope vegetation makes the slope soil mass become a composite material of soil and roots, and thus enhances shear strength of the slope soil mass and stability of the slope. However, the related studies at present are still qualitative. In this paper, quantitative analysis of the interaction between roots and soil mass are made. By the analysis of the interaction between herbaceous plant roots including lateral roots of woody plants and rock and soil mass, a mechanical model of the interaction between frictional roots and soil is established, and its correctness is shown. A mechanical model of the interaction between anchorage root, namely, woody plant taproot, and soil is also established. The establishment of the models provides a useful means in quantitative analysis of the interaction between plant roots and soil, and has practical values.     

岩质边坡关键块体的搜索方法及工程应用

工程边坡开挖所揭露的某些结构面组合块体在破坏原有静力平衡状态后,进行应力重新分配,进而块体会发生失稳、滑动等变形,甚至影响到整个边坡发生破坏,因此,结构面组合块体的稳定性是决定岩质边坡稳定的重要因素。本文通过对某工程开挖边坡地形和结构面三维实体模型的建立,实现了边坡结构面与开挖地形实体模型在AutoCAD平台上的可视化操作,剖切不同位置的二维图形预测分析了边坡开挖后可能存在的结构面组合块体,采用块体计算程序(Swegde)验证关键块体并进行稳定性评价。结果表明：三维实体模型及剖切技术与块体计算方法的结合,易于搜索关键块体。事实证明,该方法操作简便,计算结果准确,搜索方法具备可行性。     

基于多元线性回归分析的土坡有限元失稳判据定量研究

塑性区连通程度是有限单元法判别土坡是否达到极限状态的重要依据,鉴于此判据目前尚未取得统一,本文着重对均质土坡失稳判据进行了定量研究。在主要考虑对土坡稳定性影响较大的三大参数(黏聚力c、内摩擦角φ、坡比λ)的前提下,通过经典条分法选取了多组处于极限平衡状态的土坡参数组合,对这些参数组合进行有限元程序计算,求得极限平衡状态下土坡剪切带等效塑性应变中值连通率,再采用多元线性统计回归方法,得出塑性区中值连通率与土坡参数的关系公式y=0.020702c+0.024417φ-0.67898λ+0.46799,从而为土坡有限元稳定性分析提供了定量失稳判据,并且使得有限单元法与经典条分法计算成果具有一定的可比性。算例分析表明,利用本文判据公式得到的安全系数与Bishop法计算成果相吻合,从而验证了失稳判据公式的正确性。     

双层结构岩质边坡的滑带扰动厚度计算方法研究

双层结构岩质边坡进行稳定性评价通常可以实现,但合理确定滑体引起的滑带扰动厚度却比较困难。根据能量法原理,可以推导得出上部硬岩滑体的能量法稳定系数上限解计算公式。进一步按照能量平衡方程,综合考虑滑体、滑带在重力作用下所做的外力功率,以及滑带产生的内能耗散,推导得到了计算滑带扰动厚度的解析公式。在分析典型算例基础上,提出了滑带扰动分带的概念,并将滑带按照扰动程度分为剧扰动带、强扰动带、中等扰动带、弱扰动带和微扰动带。对于双层结构的岩质边坡进行加固治理时,其治理的深度范围应该大于微扰动带的底面。     

岩石边坡裂隙渗流的流形元模拟

为了能够更好地考虑裂隙渗流在岩石边坡破坏中的作用,在考虑裂纹扩展的数值流形方法程序基础上,从最小势能原理出发,阐述了渗流与变形的耦合作用机理并推导了相应的耦合方程,在程序中实现了对渗流与断裂的模拟。最后利用该程序对含初始裂隙的岩石边坡在渗流作用下的破坏过程进行了模拟。模拟结果很好地再现了边坡在渗流作用下的实际破坏过程。同时通过对裂纹扩展过程中应力强度因子的计算发现,第一应力强度因子始终大于第二应力强度因子,且随着计算时间增加,二者的差值逐渐增大,裂纹扩展以Ⅰ型为主。     

求解渗流自由面的复合单元全域迭代法

渗流自由面是岩体水力学研究的重点和难点,也是边坡稳定性综合研究的重要内容.基于对渗流自由面数值求解方法的分析,提出了复合单元全域迭代法,并编制了有限元计算程序.计算果表明,该法具有程序处理比较简单、计算结果比较精确等特性,一般迭代5次左右便可收敛.     

投影方向极值原理的滑裂面应力矢量极限平衡抗滑稳定计算理论

根据有限元成果的滑动面切向应力达到可用极限值的抗滑稳定极限平衡概念,建立投影方向极值原理单元滑面应力矢量极限平衡抗滑稳定计算理论模型,揭示不平衡虚拟耗散力、耗散能和极值条件方程的力学本质联系。根据投影极值方向平衡状态时的垂直方向还存在不平衡耗散力,提出复杂滑裂面极限平衡状态接近程度系数λ及矢量安全度系数K_λ评价抗滑稳定性能的最佳路径。通过边坡考题和坝基深层抗滑稳定算例的势能极值规律存在性和极值点的吻合度,证明了理论模型的合理可靠性。有限元应力矢量理论模型的建立及其安全度系数K_λ是极限平衡抗滑稳定计算理论发展的重要基础理论突破和全新理论研究成果。