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三维离散单元法及其在城市管道工程中的应用

魏龙海  
【摘要】:离散单元法是70年代发展起来的一种用于分析节理岩石的数值计算方法,后来许多学者注意到了它的独特长处,把它引用到了其它一些领域。但是他们所涉及到的大部分是平面的、二维的问题,而三维离散单元法在许多方面的研究则是刚刚起步,它仍是今后的主要研究方向之一。 本文通过计算机模拟试验、物理模型试验及一定的理论分析,改进了三维离散单元法的计算模型,并对单元间的接触检验检索技术及参数的选取问题作了较为深入的探讨。在检验各单元是否接触时,本文采用链式搜索法,改变了用传统的直接搜索法耗费机时较多的状况。如何合理的为模型选取计算参数是一个比较棘手的问题,论文首先利用速度时程曲线与位移时程曲线对模型的稳定性进行了分析,然后通过能够反映不同速度范围内单元数目分布的方差时程曲线,对利用该模型分析不同材料时的各计算参数的取值范围作了探讨。最后通过物理模型试验,测得体系坍塌破坏后的堆积图形(用等高线描述),并与计算机模拟结果对比,验证了3DEM程序的正确性。 城市管道工程包括给水管网,雨水、污水管渠等,是市政工程建设的一个重要组成部分。在城市管道建设中,需要一个用于分析开挖沟槽边坡稳定性的方法和技术,以便对全线开挖沟槽边坡是否稳定进行预测。由于三维离散单元法不要求各个单元之间满足几何连续条件,它适合于非均质结构和大变形非连续结构问题的求解,因而它是比较适合分析管道工程中开挖沟槽边坡稳定性的数值方法。本文利用3DEM对开挖沟槽边坡破坏过程进行了初步模拟分析,计算结果表明把三维离散单元法应用到城市管道工程建设中是切实可行的。


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