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《大连理工大学》 2001年
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三维非连续变形分析与有限元耦合算法研究

刘君  
【摘要】: 岩土工程中的非连续变形计算和数值模拟是岩土力学与工程领域中的前沿课题之 一。在解决岩土工程非连续变形问题的数值方法中,非连续变形分析方法(DDA)无 疑是一种高效、精确的算法。针对二维非连续变形分析方法在实际应用中的不足和三 维非连续变形分析方法的研究尚处在初步阶段,本文对非连续变形分析方法进行了深 入的理论研究和程序开发工作,主要研究内容和研究成果概括为以下四部分内容。 首先,在Windows平台上,开发了一套较为完整的二维非连续变形分析和二维非 连续变形分析与有限元耦合算法软件——DDAW。由于该软件配备了前、后处理程序 和高效的方程求解器,因此,方便了非连续变形分析方法在工程实际中的应用,提高 了计算效率。通过典型的数值算例对程序进行了考察,并利用耦合算法对一实际有缝 重力坝进行了数值模拟,得到的数值结果可为实际工程设计提供合理的参考。 然后,将二维非连续变形分析方法拓展到三维空间,在完全一阶位移近似模式下, 由最小势能原理建立了三维非连续变形分析方法的总体平衡方程,详细推导了单一块 体的各子矩阵列式(弹性子矩阵、初始应力子矩阵、惯性力子矩阵、体积荷载子矩阵、 点荷载子矩阵以及指定位移子矩阵);引入公共面法进行三维块体的接触判断,阐明了 块体之间的嵌入准则和有面参与的接触形式的进入面确定方法,进而给出了接触子矩 阵的列式(法向弹簧子矩阵、切向弹簧子矩阵以及摩擦力子矩阵),建立了三维非连续 变形分析方法的正分析模型;自行编制了三维非连续变形分析方法的计算程序—— 3DDDA,通过多个算例对算法和程序进行了考察,验证了算法和程序的正确性。 进一步将三维非连续变形分析方法与三维有限元法结合,发展了三维非连续变形 分析与有限元的耦合算法。由最小势能原理建立了耦合法总体平衡方程,详细推导了 耦合法各子矩阵列式,在3DDDA程序中增加了三维耦合法计算程序,典型接触、碰 撞问题的算例说明了本文给出的算法和编制程序的正确性。耦合法加强了非连续变形 分析方法对块体复杂变形的描述能力,提高了块体内应力场的精度,同时,解决了有 限元法无法进行非连续变形分析的问题。因为耦合法结合了非连续变形分析方法和有 限元法两者的优点,同时又克服了两者的缺点,能够同时解决不连续多块体系统的连 续与非连续变形问题,因此,耦合法具有更广的应用范围和很好的发展前景。 最后,应用二维非连续变形分析方法对堆石坝模型动力破坏过程进行了数值模拟。 数值模拟结果再现了堆石坝的动力破坏过程和破坏形态,与振动台模型试验的结果很 相近,验证了在模型试验中得到的结论。同时也表明,非连续变形分析方法有能力模 拟大量块体系统的大位移、大变形问题,是一种高效、精确的算法。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TU311.4

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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3 马永政;郑宏;李春光;;耦合无网格法的非连续变形分析法研究[J];岩石力学与工程学报;2007年S2期
4 李宁;曲星;姚显春;刘乃飞;;浅埋松散围岩中有限元方法应用的进一步研究[J];岩土工程学报;2012年08期
5 王文;朱维申;马海萍;张磊;;不同倾角节理组和锚固效应对岩体特性的影响[J];岩土力学;2013年03期
6 陈云娟;李术才;朱维申;张磊;柳刚;;DDARF网络模拟新方法及其在公路隧道中的应用[J];中南大学学报(自然科学版);2013年06期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 王建全;三维块体系统接触检索算法与非连续变形分析[D];大连理工大学;2006年
2 马永政;非连续变形分析法位移模式改进及工程应用[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2007年
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4 刘福海;土石坝地震破坏机理振动台试验研究[D];大连理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 雍敏;裂隙岩体破坏机制非连续变形方法研究[D];山东大学;2011年
2 郑强;软弱围岩中特大断面超小净距隧道2扩4施工方法研究[D];华侨大学;2011年
3 孙荣冠;考虑初始应力和变形过程的隧道围岩块体稳定性分析[D];南京理工大学;2012年
4 李磊;极限平衡法与DDA法在岩石高边坡稳定性分析中的应用研究[D];中南大学;2007年
5 马海萍;不同产状节理对岩体特性的影响及工程应用[D];山东大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 钟卫;周德培;杨涛;冯君;;顺层岩石高边坡在卸荷条件下失稳长度的确定[J];四川建筑科学研究;2008年05期
6 董作超;王洪岭;;平面框架结构耗能支撑的地震响应时程分析[J];四川建筑科学研究;2011年01期
7 苏立海;李婉;李宁;;反倾层状岩质边坡破坏机制研究——以锦屏一级水电站左岸边坡为例[J];四川建筑科学研究;2012年01期
8 赵冰华;;基于非连续变形分析的岩质高边坡稳定性评价[J];四川建筑科学研究;2012年03期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 林达明;尚彦军;吴锋波;张巍;张翔;;基于矿物结构与钻探的花岗岩地质强度指标研究及应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
3 祁生文;伍法权;;高地应力地区河谷应力场特征[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
4 张年学;盛祝平;李晓;李守定;赫建明;;岩石泊松比与内摩擦角的关系研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
5 周剑;张路青;胡瑞林;王学良;;大型结构面产状影响下应力波传播规律研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
6 周剑;张路青;王学良;;水平层状岩体边坡动力响应中的结构面效应研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
7 张伯艳;李德玉;何建涛;;施工期裂缝对拱坝静动力响应的影响[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
8 赵剑明;周国斌;温彦锋;贾金生;;紫坪铺“5.12”震害对面板堆石坝抗震措施的若干启示[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
9 田斌;卢晓春;孙大伟;童富果;;董箐混凝土面板堆石坝地震响应特性研究[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
10 南世卿;张永坤;杨天鸿;;边坡岩体强度参数分析及稳定性计算[A];2011年中国矿业科技大会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王猛;煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术[D];辽宁工程技术大学;2010年
2 席本强;废弃矿山垃圾填埋场边坡稳定性及加固防渗研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
3 汪忠明;基于非局部增强梯度模型的混凝土断裂损伤研究[D];合肥工业大学;2010年
4 张永安;滇中红层路堑边坡与路堤稳定性研究[D];昆明理工大学;2010年
5 杨溢;爆破荷载对蠕动边坡的累积效应及稳定性影响研究[D];昆明理工大学;2010年
6 朱超;大瑞铁路罗家村隧道地质环境与工程稳定性研究[D];北京交通大学;2011年
7 乔磊;大尺度复杂张拉薄膜结构整体分析理论及其软件化[D];北京交通大学;2011年
8 肖卫国;节理岩体本构模型和其细观力学方法理论研究[D];北京交通大学;2011年
9 王辉;珠三角花岗岩残积土边坡稳定性分析及非线性预测[D];吉林大学;2011年
10 崔晓荣;建(构)筑物爆破倒塌过程的摄影测量分析[D];中国科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 薛志鹏;断层活化导致井巷破坏的数值模拟分析[D];河南理工大学;2010年
2 陈勇;开滦矿区深部开采地表移动规律的研究[D];河南理工大学;2010年
3 赵永梅;方钢管混凝土火灾条件下温度场和温度应力研究[D];山东科技大学;2010年
4 武文宾;冲击地压的非线性岩梁混沌动力学分析[D];山东科技大学;2010年
5 刘武麟;临近断层回采巷道围岩变形特征及支护技术研究[D];山东科技大学;2010年
6 蒋爱辞;基于离散元的土石混合料动力特性分析[D];郑州大学;2010年
7 张彩香;发射筒口分瓣式隔水膜刚度强度分析[D];郑州大学;2010年
8 李亚帮;膨胀性充填裂隙水力特性实验研究[D];郑州大学;2010年
9 李殿文;细晶粒钢筋粘结锚固性能的试验研究[D];郑州大学;2010年
10 徐义洪;渗流作用下深部矿场采动围岩的传热机理研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李宁,张平;地下洞室工程设计与计算中的几个误区[J];地下空间;2000年02期
2 郑颖人,赵尚毅,时卫民,林丽;边坡稳定分析的一些进展[J];地下空间;2001年04期
3 黄伦海,刘伟,刘新荣;单洞四车道公路隧道开挖的模型试验[J];地下空间;2004年04期
4 师金锋,张应龙;超大断面隧道围岩的稳定性分析[J];地下空间与工程学报;2005年02期
5 晏启祥;何川;姚勇;李玉文;徐德玺;;软岩小净距隧道施工力学效应研究[J];地下空间与工程学报;2005年05期
6 林从谋;杨林德;崔积弘;;浅埋隧道掘进爆破振动特征研究[J];地下空间与工程学报;2006年02期
7 庄宁;廖少明;孙忠成;朱合华;;大跨度小净距群洞隧道施工方案优化研究[J];地下空间与工程学报;2007年01期
8 张秀丽;焦玉勇;刘泉声;;非连续变形分析(DDA)方法中的预应力锚杆模拟[J];地下空间与工程学报;2008年01期
9 王述红;杨勇;王洋;张少林;郭牡丹;;裂隙岩体隧道施工关键块体识别数值方法[J];地下空间与工程学报;2009年05期
10 林从谋;蔡丽光;蒋丽丽;;小净距隧道爆破中夹岩累积损伤测试研究[J];兵工学报;2009年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 黎勇;栾茂田;杨庆;范静海;;非连续变形计算力学模型弹塑性分析方法在边坡稳定性分析中的应用[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(下册)[C];2003年
2 刘晓非;陈又华;李茂华;于青春;;三峡工程坝区岩体三维不稳定岩石块体研究[A];第三届全国岩土与工程学术大会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 田荣;连续与非连续变形分析的有限覆盖无单元方法及其应用研究[D];大连理工大学;2000年
2 张运良;冰载荷的识别及冰激振动的实验与数值模拟[D];大连理工大学;2002年
3 仇文革;地下工程近接施工力学原理与对策的研究[D];西南交通大学;2003年
4 宋晓晨;裂隙岩体渗流非连续介质数值模型研究及工程应用[D];河海大学;2004年
5 李智;利用空间对地观测技术研究全球构造特征[D];中国地震局地质研究所;2003年
6 郭少华;岩石类材料压缩断裂的实验与理论研究[D];中南大学;2003年
7 姜清辉;三维非连续变形分析方法的研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2000年
8 鲍鹏;可变形离散元法及其在地下工程中的应用[D];天津大学;2005年
9 张秀丽;断续节理岩体破坏过程的数值分析方法研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2007年
10 曲海锋;扁平特大断面公路隧道荷载模式及应用研究[D];同济大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 王文权;大跨软岩地铁隧道施工方法研究[D];西南交通大学;2002年
2 郭宏博;上下交叉隧道近接施工影响分区研究[D];西南交通大学;2008年
3 柳刚;DDA方法及其在裂隙岩体工程中的应用研究[D];山东大学;2009年
4 张磊;锚杆加固对裂隙岩体力学性能影响的室内试验和数值分析研究[D];山东大学;2009年
5 王强;胶结粗粒土强度与变形特性试验研究[D];大连理工大学;2010年
6 赵龙宾;圆形偏压隧道应力场的弹性解析[D];湖南大学;2010年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马永政;朱合华;蔡永昌;;隧道层状围岩体变形分析新方法研究[J];地下空间与工程学报;2009年06期
2 王文;朱维申;;采用非连续变形分析方法分析巷道的稳定性[J];地下空间与工程学报;2014年03期
3 李锋;陈浩;;向家坝水电站大坝施工纵缝分缝方案研究[J];水电与新能源;2010年06期
4 陈在铁,任青文;数值方法在大坝破坏分析中的应用[J];河海大学学报(自然科学版);2005年03期
5 张开;朱敏;张建强;王刚;;深部软岩巷道开挖变形影响因素的数值分析[J];煤矿安全;2012年01期
6 龚红玉;;拱坝安全性研究[J];南昌高专学报;2007年02期
7 崔建华;祁勇峰;苏海东;;三峡工程厂房坝段纵缝接触问题研究[J];人民长江;2009年15期
8 黄盛铨;刘君;孔宪京;;强度折减DDA法及其在边坡稳定分析中的应用[J];岩石力学与工程学报;2008年S1期
9 张波;徐兰玉;;拱坝安全性研究[J];中国农村水利水电;2006年10期
10 王文;朱维申;马海萍;张磊;;不同倾角节理组和锚固效应对岩体特性的影响[J];岩土力学;2013年03期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 崔建华;苏海东;;三峡工程厂房坝段纵缝接触问题研究[A];水工大坝混凝土材料和温度控制研究与进展[C];2009年
2 王士民;刘丰军;叶飞;汪成兵;;隧道塌方研究中的数值方法发展现状[A];中国土木工程学会第十二届年会暨隧道及地下工程分会第十四届年会论文集[C];2006年
3 刘君;黄盛铨;孔宪京;;强度折减DDA方法及其在稳定分析中的应用[A];第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集(上册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姜世平;散体系统破碎动力学研究[D];南京理工大学;2011年
2 王士民;非连续子母块体细观损伤演化模型及其应用[D];同济大学;2008年
3 江巍;基于互补理论的非连续变形分析方法[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2009年
4 张占荣;裂隙岩体变形特性研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
5 刘晓;汶川地震区斜坡动力反应研究[D];中国地质大学;2010年
6 张华;堆积层斜坡的地震诱导行为研究[D];西南交通大学;2011年
7 丰彪;面向对象的界面元方法及其与有限元的时域耦合分析模型[D];中国地震局工程力学研究所;2012年
8 杨彪;露天矿开采境界动态优化研究及应用[D];中南大学;2011年
9 夏小刚;采动岩层与地表移动的“四带”模型研究[D];西安科技大学;2012年
10 武艳强;三维数值流形方法研究及其在地学中的初步应用[D];中国地震局地质研究所;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 雍敏;裂隙岩体破坏机制非连续变形方法研究[D];山东大学;2011年
2 孙荣冠;考虑初始应力和变形过程的隧道围岩块体稳定性分析[D];南京理工大学;2012年
3 唐小骏;多体有限元方法及其在非连续变形分析中的应用研究[D];河海大学;2006年
4 张鑫;基于无单元法的应力—渗流—损伤耦合模型的水力劈裂研究[D];河海大学;2007年
5 黄盛铨;强度折减DDA法及其在边坡稳定分析中的应用[D];大连理工大学;2007年
6 耿庆东;公共面搜索算法改进及三维颗粒体生成算法[D];大连理工大学;2009年
7 黄惠雯;有限元软件在边坡稳定性分析中的应用研究[D];华东师范大学;2009年
8 王安正;压力分散型锚索锚固技术研究[D];中南大学;2010年
9 金钊;斜坡堤护面块体稳定性的数值模拟[D];大连理工大学;2012年
10 郭朝旭;高阶数值流形方法中线性相关问题的研究[D];三峡大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 孔宪京,韩国城,李俊杰,林皋;防渗面板对堆石坝体自振特性的影响[J];大连理工大学学报;1989年05期
4 韩国城,孔宪京,王炳乾,马恒春,田村重四郎,小长井一男,加滕勝行,佐滕畅彦;关门山面板堆石坝现场弹性波试验研究[J];大连理工大学学报;1990年05期
5 孔宪京,韩国城,李俊杰;关门山面板堆石坝二维地震反应分析[J];大连理工大学学报;1992年04期
6 黎勇,栾茂田;非连续变形计算力学模型基本原理及其线性规划解[J];大连理工大学学报;2000年03期
7 陶振宇;唐方福;;岩体水力模型的比较研究[J];工程勘察;1987年05期
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3 姜彤;边坡在地震力作用下的加卸载响应规律与非线性稳定分析[D];中国地震局地质研究所;2004年
4 文鸿雁;基于小波理论的变形分析模型研究[D];武汉大学;2004年
5 邱冬炜;穿越工程影响下既有地铁隧道变形监测与分析[D];北京交通大学;2012年
6 张运良;冰载荷的识别及冰激振动的实验与数值模拟[D];大连理工大学;2002年
7 李红军;高土石坝地震变形分析与抗震安全评价[D];大连理工大学;2008年
8 王树宏;航空铝合金厚板初始残余应力及其对铣削变形影响的基础研究[D];南京航空航天大学;2005年
9 许锡昌;土压力问题与基坑变形分析[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2004年
10 王之军;等截面竖向单桩抗拔承载力试验研究及变形非线性分析[D];中国地质大学(北京);2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 唐丽云;框架结构倾斜病害治理中的变形分析及控制研究[D];西安科技学院;2002年
2 沈建斌;砖混改底框结构托换中的变形分析与控制研究[D];西安科技大学;2005年
3 汪志香;大跨钢管拱桁架结构施工期变形监测及分析[D];华中科技大学;2005年
4 汤征;轻型房屋钢结构压型钢板蒙皮效应的变形分析[D];西安建筑科技大学;2006年
5 张文朋;软土地区预防地铁深基坑过量变形施工技术研究[D];天津大学;2007年
6 谢国权;拱坝变形分析与监控的小波和神经网络方法研究[D];天津大学;2004年
7 刘实;码头沉箱变形的离心模型试验和数值分析[D];清华大学;2008年
8 刘辉;基于GPS/GIS集成的滑坡外观监测系统的理论与应用研究[D];安徽理工大学;2006年
9 张棚;曲线梁桥施工阶段变形分析[D];长安大学;2006年
10 余功炎;型架快速设计与变形分析[D];西北工业大学;2004年
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