基于径向基点插值的岩体裂隙扩展无网格模拟方法及程序研制

发布时间：2020-08-12 10:34

【摘要】：岩体裂隙及其扩展对岩体力学特征有重要影响,岩体裂隙扩展模拟对岩体工程稳定性评价具有重要意义。无网格法是一种不依赖网格的数值计算方法,在分析含裂隙模型时具有巨大优势。其中基于径向基点插值(RPIM)的局部弱式无网格法在计算过程中始终不需要背景网格,是一种真正意义上的无网格方法。本文以课题组研发的局部弱式无网格方法程序GeoMFree~(3D)为基础,依据断裂力学和弹塑性理论,研究弹塑性条件下岩体裂隙扩展的无网格模拟方法,研制相应的程序,并同过几个实例来验证计算方法的有效性。本文的研究工作和主要成果如下:(1)在GeoMFree~(3D)的基础上,实现了弹塑性条件下岩体张开型裂隙扩展的模拟方法。对无网格算法中的不连续问题采用可视准则和隐式的裂隙表示方法,引入计算图形学中的包围盒算法,提高搜索支持域场节点的计算效率。结合断裂力学中的复合型裂隙断裂理论,构建了岩体三维张开裂隙扩展的模拟方法。(2)实现了弹塑性条件下岩体剪切型裂隙的无网格模拟方法。在局部弱式无网格法中,推导计算裂隙面接触作用的控制方程,建立三维裂隙面的屈服准则和本构关系。将控制方程离散成可求解的矩阵形式,构建弹塑性条件下岩体三维剪切裂隙的无网格模拟方法,实现了对岩体三维剪切裂隙的模拟。(3)根据上述研究成果,编制相关程序以实现对弹塑性条件下岩体裂隙扩展的模拟。在工程应用中利用开发的计算模块,计算顺层岩质滑坡的变形破坏过程,得到滑坡破坏过程中裂隙面的扩展过程以及岩体的变形特征。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU45
【图文】：

- 13 -图 1-1 研究技术路线图根据上述研究成果，对 GeoMFree3D进行二次开发，编制相关程序以实现对岩体扩展的模拟。在工程应用中利用开发的裂隙扩展模块，计算顺层岩质滑坡的变形破

图 2-1 复杂边界附近积分域分布（徐亮亮，2018）于 RPIM 的局部弱式无网格法对模型进行计算时，边界处场节点的界，如图 2-1。需对超出的积分域进行处理，否则在边界处产生较有两种处理方案：一种是对边界进行压缩，对于规则形状的积分域会边界内；另一种方案是将超过模型边界的积分点舍弃（张雄，2具有复杂边界的模型。研究通过异形积分域来处理这一问题，这样积分域既没有重叠也能会超过模型边界。采用异形积分域会大大增加计算成本（徐亮亮，无网格法会退化成一种依赖积分网格的无网格算法，这将基于 RPI法变成了一种广义无网格方法，下文将对两种边界处理方法进行压缩法

图 2-2 积分域压缩方法示意图（徐用于边界为直线的简单模型，稍微复在处理边界问题上，除了裂隙面，所理的，文中将不再赘述。舍弃法杂的模型边界，比如二维曲线或者三部积分域的压缩。此时采用积分点舍图 2-3 积分点舍弃方法示意图（徐

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本文编号：2790421