離散元顆粒流在水利及巖土工程中的應(yīng)用

目錄

前言

第1章 緒論 1

1.1 水利工程中材料及結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性 1

1.2 離散單元法的發(fā)展及應(yīng)用 2

1.2.1 離散單元法的基本思想 2

1.2.2 離散單元法的發(fā)展 3

1.2.3 離散元顆粒流的特點(diǎn) 4

1.3 離散單元法在水利工程中的應(yīng)用 5

1.3.1 離散單元法在堤壩滲透變形方面的應(yīng)用 5

1.3.2 離散單元法在地層灌漿方面的應(yīng)用 6

1.3.3 離散單元法在巖爆方面的應(yīng)用 8

1.3.4 離散單元法在混凝土工程中的應(yīng)用 8

1.3.5 離散單元法在土力學(xué)方面的應(yīng)用 9

1.4 本書(shū)主要內(nèi)容 10

第2章 顆粒黏結(jié)模型細(xì)觀參數(shù)的選取 12

2.1 模型的顆粒尺寸效應(yīng)研究 12

2.1.1 顆粒尺寸效應(yīng)的研究方案 13

2.1.2 力學(xué)參數(shù)的顆粒尺寸效應(yīng)分析 15

2.1.3 破壞模式的顆粒尺寸效應(yīng)分析 20

2.1.4 顆粒尺寸的選取建議 23

2.2 宏-細(xì)觀參數(shù)間的關(guān)系研究 27

2.2.1 宏-細(xì)觀參數(shù)間關(guān)系的研究方案 27

2.2.2 基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的敏感性分析 29

2.2.3 基于中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)的響應(yīng)面構(gòu)造 33

2.3 細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定程序 38

2.3.1 **化模型的構(gòu)造及優(yōu)化算法的選擇 39

2.3.2 細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定程序的實(shí)現(xiàn) 40

2.3.3 細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定算例及其討論 42

2.4 本章小結(jié) 46

第3章 顆粒離散元模型的建立與應(yīng)用 47

3.1 含不規(guī)則形狀顆粒的材料模型 47

3.1.1 模板構(gòu)造法 47

3.1.2 顆粒簇圖像構(gòu)造法 50

3.1.3 **多邊形顆粒簇構(gòu)造法 51

3.1.4 小結(jié) 56

3.2 含圓形孔洞的巖石材料 56

3.2.1 試驗(yàn)背景 56

3.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 57

3.2.3 裂紋演化與聲發(fā)射特征 59

3.2.4 孔徑效應(yīng)分析 61

3.2.5 小結(jié) 63

3.3 泥石流啟動(dòng)過(guò)程試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究 63

3.3.1 工程背景 63

3.3.2 啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 63

3.3.3 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果 64

3.3.4 啟動(dòng)模擬與機(jī)理分析 65

3.3.5 小結(jié) 68

3.4 本章小結(jié) 68

第4章 基于連續(xù)-離散耦合的硐室圍巖變形與破壞機(jī)理 69

4.1 連續(xù)-離散耦合模型的映射算法 69

4.1.1 耦合映射算法原理 69

4.1.2 顆粒-節(jié)段端點(diǎn)的作用力映射 70

4.1.3 節(jié)段端點(diǎn)-顆粒的速率映射 72

4.2 基于矩張量的聲發(fā)射算法 72

4.2.1 矩張量的提取方法 72

4.2.2 聲發(fā)射事件的尺度效應(yīng) 72

4.2.3 矩張量與矩震級(jí)的求解 73

4.3 連續(xù)-離散耦合模型的建立 74

4.3.1 單向豎向荷載下的漸進(jìn)變形破裂 75

4.3.2 豎向荷載下的矩震級(jí)分布特征 82

4.3.3 不同圍壓下的破壞特征與矩震級(jí)分布特征 88

4.3.4 矩張量分解與不同圍壓下的破裂類型 93

4.3.5 不同間距下的破壞特征 96

4.4 本章小結(jié) 102

第5章 堤基滲透破壞的離散元模擬分析 103

5.1 基于顆粒離散元的流固耦合原理 104

5.1.1 顆粒多孔介質(zhì)的滲流動(dòng)力學(xué)方程 104

5.1.2 顆粒與流體的相互作用 104

5.1.3 顆粒的運(yùn)動(dòng)方程 106

5.2 流固耦合在顆粒流中的應(yīng)用驗(yàn)證 106

5.2.1 固定粗糙網(wǎng)格法 106

5.2.2 滲流試驗(yàn)驗(yàn)證 107

5.3 堤基滲透破壞過(guò)程仿真模擬 110

5.3.1 細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定 110

5.3.2 離散顆粒元滲流模型的建立 112

5.3.3 顆粒離散元模型滲流模擬 113

5.4 滲透破壞數(shù)值模擬結(jié)果分析 114

5.4.1 顆粒間接觸力的變化 114

5.4.2 砂槽中顆?？紫堵首兓?115

5.4.3 流量與水力梯度關(guān)系 116

5.4.4 顆粒流失規(guī)律 117

5.4.5 砂槽中流場(chǎng)的變化 118

5.4.6 水位上升速度對(duì)管涌的影響分析 120

5.5 本章小結(jié) 121

第6章 地基灌漿加固離散元模擬分析 122

6.1 顆粒流灌漿模擬基本理論 122

6.1.1 流體域的構(gòu)建 122

6.1.2 顆粒體的滲透特性 123

6.1.3 流體細(xì)觀-宏觀關(guān)系 124

6.1.4 流體的壓力效應(yīng) 125

6.1.5 流固耦合作用的實(shí)現(xiàn) 125

6.2 灌漿的顆粒流分析 127

6.2.1 砂礫石地層模型 127

6.2.2 水泥漿液在砂礫石層中的滲透系數(shù) 129

6.3 灌漿過(guò)程的模擬 130

6.3.1 灌漿模型的邊界條件 130

6.3.2 測(cè)量圓設(shè)置 130

6.4 模擬結(jié)果分析 133

6.4.1 灌漿過(guò)程分析 133

6.4.2 灌漿壓力對(duì)灌漿效果影響分析 134

6.4.3 灌漿過(guò)程的時(shí)間效應(yīng) 136

6.4.4 灌漿的劈裂效應(yīng) 136

6.4.5 灌漿過(guò)程中孔隙率的變化 138

6.4.6 砂礫層中灌漿的破壞模式分析 139

6.5 本章小結(jié) 141

參考文獻(xiàn) 143 2100433B

本書(shū)介紹了作者多年來(lái)在水利工程和巖土工程領(lǐng)域有關(guān)顆粒離散元分析的研究成果，主要內(nèi)容包括：①離散元顆粒的應(yīng)用基礎(chǔ)，包括顆粒離散元模型的尺寸效應(yīng)分析和細(xì)觀力學(xué)參數(shù)反演研究；②離散元顆粒模型建立的方法及應(yīng)用實(shí)例；③離散元顆粒在大尺度工程問(wèn)題中的應(yīng)用研究，采用基于連續(xù)-離散耦合方法對(duì)隧洞圍巖變形與破壞機(jī)理進(jìn)行分析；④基于離散元顆粒方法流固耦合分析，包括堤基滲透破壞的離散元模擬分析和地基灌漿加固離散元模擬分析。

離散元顆粒流是研究巖土材料物理力學(xué)性能及破壞機(jī)理的有效方法，可以從微細(xì)觀角度解釋巖土材料損傷斷裂機(jī)理，在水利工程領(lǐng)域也開(kāi)始得到了廣泛的重視。本書(shū)介紹了作者多年來(lái)在水利工程和巖土工程領(lǐng)域有關(guān)顆粒離散元分析的研究成果，主要內(nèi)容包括：①離散元顆粒的應(yīng)用基礎(chǔ)，包括顆粒離散元模型的尺寸效應(yīng)分析和細(xì)觀力學(xué)參數(shù)反演研究；②離散元顆粒模型建立的方法及應(yīng)用實(shí)例；③離散元顆粒在大尺度工程問(wèn)題中的應(yīng)用研究，采用基于連續(xù)-離散耦合方法對(duì)隧洞圍巖變形與破壞機(jī)理進(jìn)行分析；④基于離散元顆粒方法流固耦合分析，包括堤基滲透破壞的離散元模擬分析和地基灌漿加固離散元模擬分析。

前言

第1章緒論

第2章顆粒黏結(jié)模型細(xì)觀參數(shù)的選取

第3章顆粒離散元模型的建立與應(yīng)用

第4章基于連續(xù)－離散耦合的硐室圍巖變形與破壞機(jī)理

第5章堤基滲透破壞的離散元模擬分析

第6章地基灌漿加固離散元模擬分析

參考文獻(xiàn) 2100433B

《離散元顆粒流軟件（PFC）在道路工程中的應(yīng)用》系統(tǒng)地講述了在道路工 程材料性能分析中應(yīng)用離散元顆粒流軟件PFC2D/3D 的基本理論和方法。主要內(nèi)容包括：離散元方法的基 本原理、PFC2D/3D軟件介紹、PFC的接觸模型及其參 數(shù)、集料的重構(gòu)與瀝青混合料離散元試件的生成、集 料和瀝青混凝土基本力學(xué)性能的離散元分析實(shí)例、瀝 青混凝土開(kāi)裂問(wèn)題的離散元分析實(shí)例、瀝青混凝土高 溫變形問(wèn)題的離散元分析實(shí)例以及荷載作用下瀝青路 面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的離散元分析實(shí)例。

《離散元顆粒流軟件（PFC）在道路工程中的應(yīng)用》適合于從事公路設(shè)計(jì)、研究的技術(shù)人員以及 各院校師生學(xué)習(xí)參考。