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基于位移控制的离散单元方法、程序研究及其在滑坡动态模拟中的应用

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【摘要】: 本文以湖南省自然科学基金项目《基于动态离散元的滑坡全过程数值模拟研究》(编号:05JJ30075)为依托,结合该项目的研究目标,在离散元数值计算方法及程序研制和滑坡动态模拟方面开展了研究。 针对滑坡这一高发地质灾害难预测的问题,本文结合离散单元法,从力学的角度来分析和认识滑坡的作用机理。利用计算机可视化技术,把计算结果由传统的数字统计转换为图形。将滑坡的破坏过程动态的重现,从而揭示了滑坡演化过程中的动力学规律。 在利用离散单元法进行计算时,考虑到其本身存在的一些问题,如参数选取没有标准等,本文基于离散单元的动态松弛法,从最关键的参数——时步入手,提出了由每循环步允许块体最大位移增量控制每步块体求解的方法——位移控制法。该方法通过对块体的位移试算来决定时步的大小,不仅避免了时步选取不恰当造成计算中的如叠合过大等问题,还可以提高计算的精度和效率。同时,本文还通过算例分析,得到离散单元的计算中块体的刚度系数选取的合理范围。 研制了基于离散元计算方法的滑坡块体稳定性分析程序,并针对该程序开发了配套的前处理程序和用以结果显示的后处理。前处理包括模型绘制、参数输入和约束施加;通过后处理程序可以观察块体接触信息、应力大小、位移场和动态显示滑坡的破坏过程。文章中给出了程序研制的思路,对于关键步骤还附上了算法和流程图。 程序的编制中涉及到了大量的有关Visual C++函数和变量的使用,对于其中主要的部分,本文从程序和数据结构的角度做了介绍。 对武钢大冶铁矿东采区狮子山北邦A区V-132~V84m段约220m高的边坡做了详细的计算,通过工程实例可以知道位移控制离散单元法与实际监测情况吻合,说明了本文提出的位移控制离散单元法对滑坡这类非线性和大变形工程地质问题有较广阔的应用前景。


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