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渗流场随机性的随机有限元分析 总被引：3，自引：0，他引：3
基于一阶Taylor随机有限元法,推导出相应的渗流场随机分析中渗流响应量（水头和水力梯度）的随机响应公式,进而实现三维稳定渗流场随机有限元分析,并编制了相应的程序。在分析中,将渗流区域材料的渗透张量视为三维各向异性随机场,利用三维可分离向量随机场的局部平均法对随机场进行离散,根据参数选取的不同,可以离散出不同数量的随机变量。最后,给出一个算例,对离散出随机变量数量不同的情况分别进行随机分析,将分析结果和仅仅将渗透张量视为三维随机变量得到的结果对比,验证了所提方法的可行性。 相似文献
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土工极限平衡问题的非线性有限元数值分析 总被引：6，自引：1，他引：6
考虑非关联流动法则,采用几类低阶单元对条形基础下地基的极限承载力进行了二维有限元数值分析.计算表明,基于四节点四边形等参单元的有限元分析结果能够较好地吻合Prandtl理论解,且能保证数值计算的稳定性.同时,基于Mohr-Coulomb破坏准则和强度折减方法,对于边坡稳定性进行了有限元计算,建议采用无量纲位移Eδmax/γH2随强度折减系数变化的关系曲线上位移陡然增大时所对应的强度折减系数作为边坡的稳定安全系数,克服了当前强度折减有限元数值计算中关于收敛标准确定的人为不确定性,即使采用四节点四边形单元也能够保证数值解的良好收敛性. 相似文献
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二维有限元网格的自适应剖分及程序实现 总被引：1，自引：0，他引：1
有限单元法在计算岩土力学领域已得到广泛应用。在有限元的分析计算中，前处理工作即准备计算数据耗时费力。如何简化前处理工作、实现网络自动生成对于推广有限元分析至关重要。作者在综合考虑多种算法原理的基础上，对非规则几何图形、复连通域的二维模型提出了一套新的自适应剖分算法。该算法可以同时生成三角形单元和四边形单元，还能对单元形状进行规则性调整。给出了详细的实施步骤，并编写了相应的应用程序，应用程序同时提供了对单元节点进行优化排序的功能。实际应用表明，能够高效快速地给出良好的剖分网格。 相似文献
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基于饱和渗透系数空间变异结构的斜坡渗流及失稳特征 总被引：1，自引：0，他引：1
以往研究一般采用单随机变量方法（SRV）或基于水平或垂直方向波动范围生成的空间变异随机场来模拟岩土参数的空间变异性,对具有倾斜定向特征的空间变异随机场未有涉及.基于条件模拟相关理论和非侵入式随机有限元的理论框架,提出了利用序贯高斯模拟方法进行斜坡参数条件随机场模拟并运用有限元方法进行斜坡渗流和稳定性分析的方法.针对理想边坡,对各向同性和几何各向异性的共7种空间变异结构的饱和渗透系数（Ks）各进行了200次条件随机场模拟,基于条件随机场模拟结果进行了有限元渗流和稳定性计算,对每种空间变异结构多次计算结果进行了统计分析.结果表明:本文所提出的方法不仅再现了研究区域参数的空间二阶统计特性,通过设定变异函数参数进行不同空间变异类型、变异程度、变异定向性的随机场模拟,同时利用现场观测数据对随机场模拟结果进行条件限制,从而提高了随机场的赋值精度;Ks的空间变异结构对孔隙水压力的分布规律、地下水位线变化范围、稳定性系数和最危险滑动面分布特征均有一定程度的影响.本研究为库岸斜坡稳定性评价提供方法支撑. 相似文献
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Bayes约束随机场下坝基溶蚀区随机模拟方法及其影响分析 总被引：1，自引：0，他引：1
基于完全随机场模拟溶蚀岩体可能会高估其空间变异性和不能有效地利用溶蚀以外的地质信息和实践经验,提出用Bayes约束参数随机场模型描述坝基溶蚀区的随机模拟方法。引入Bayes公式,对溶蚀区域岩土参数的统计特性进行修正,反映出地质勘测的新增地质信息和试验参数信息,建立约束随机场,并在此基础上进行随机有限元分析,研究坝基溶蚀对大坝结构性态的作用效应。计算结果表明,相对于完全随机场模型,Bayes约束随机场模型更为客观地考虑了溶蚀岩体的空间变异性,有效地降低了溶蚀参数完全随机场下结构响应的模拟方差。在概率分析过程中,推荐蒙特卡洛响应面耦合方法（MC-RSM）作为适用于复杂工程的随机模拟方法,该方法能够代替直接MC法对同样力学机制的不断重复,减小计算时间成本。 相似文献
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针对岩土及地下工程结构的特点,基于修整后的位移型Reissner泛函中引入独立转动场的变分原理,转动场采用结点真实转角来插值。结合平面四结点单元讨论了有效附加非协调位移的合理形式,引入适用于任何四边形单元的非协调位移函数,建立了一种带转动自由度的平面四结点内参型非协调元模型,给出了相关数值计算列式。四结点单元能通过分片检验,并易于与带转动自由度的梁单元相容,对若干算例及地下隧洞工程实例计算的数值结果表明,采用所建的计算模型,具有较高的计算精度,为岩土及地下工程结构计算提供了一种理想的数值分析方法。 相似文献
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Polygonal finite elements are gaining an increasing attention in the computational mechanics literature, but their application in rock mechanics is very rare. This paper deals with numerical modeling of rock failure under dynamic loading based on polygonal finite elements. For this end, a damage-viscoplastic constitutive model for rock based on the Mohr-Coulomb criterion with the Rankine criterion as a tensile cutoff is employed and implemented with the polygonal finite element method. Moreover, the mineral mesostructure or rock is described by randomly mapping groups of polygonal elements representing the constituent minerals into a global mesh and assigning these groups with the corresponding mineral material properties. The performance of the polygonal elements is compared with that of the linear and quadratic triangular and bilinear quadrilateral elements in numerical simulations of controlled shear band formation under uniaxial compression and lateral splitting failure in the dogbone tension test. Numerical simulations of uniaxial tension and compression tests as well as dynamic Brazilian disc test under increasing loading rates demonstrate that the present approach predicts the correct failure modes as well as the dynamic increase in strength of rock. 相似文献
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在有限元数值计算平台上,建立了一套基于后验误差评估和Delaunay三角剖分的网格自适应方案,针对饱和砂土静力受压和地震液化的特性进行模拟。验证了超收敛单元片回归（SPR）误差评估中原用于四边形单元的双线性回归函数在用于三角形单元网格时的适用性和可靠性;在饱和砂土动、静力算例中,网格自适应计算获得的变形、应变、超孔压比等的变化规律与常规有限元结果趋势一致。随着网格的再生成,参考点的位移和全域的平均相对误差逼近精确值。对于初始网格,讨论了合理的自适应程度并应用于地震液化的自适应数值模拟中,也对Delaunay三角剖分实施了一些改进。最终证明该自适应方案在提高计算效率的同时,亦可以保证计算所需的精准度。 相似文献
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Two kinds of estimation variance functions for estimating a local average (LA) of a stationary (homogeneous) random field (RF) are derived. One is local estimation (LE) and the other is general estimation (GE) of LA. The former is for estimating LA at the observation location, and the latter is for obtaining LA at any arbitrary location within the RF. The geotechnical implications of these two estimations are that LE is for estimating LA of geotechnical parameters at the spot where the investigations are made, whereas GE is for estimating LA at any arbitrary location within the same layer. The behavior of the two estimation variance functions differs greatly, controlled by the number of observations (i.e. sample size) and the normalized layer thickness (layer thickness divided by autocorrelation distance of RF). Based on the derived estimation variance functions, methods for determining reliable characteristic values of geotechnical parameters and necessary sample size are proposed. The methods are based on the same framework as that of the traditional statistical theory, i.e. confidence interval of estimated parameters. However, the assumption of independently and identically distributed (i.i.d.) samples in the traditional statistical theory is replaced by the assumption of correlated samples from a stationary RF. The results obtained from the proposed methods for LE and GE differ from each other as well as from the traditional results, which has significant implications for geotechnical parameter estimation in geotechnical engineering practice. 相似文献
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为了模拟岩体中裂纹的萌生、扩展,Munjiza提出了有限元法/离散元法(FEM/DEM)耦合分析方法。因为裂纹是沿单元边界进行扩展的,亦即裂纹扩展具有网格依赖性,为获得较好的裂纹扩展形态,需要划分密集的初始网格。为解决上述难题,基于FEM/DEM耦合分析方法,提出了基于局部单元动态劈裂的FEM/DEM自适应分析方法,以克服裂纹扩展形态对网格的依赖性。该方法在最初建模时无需划分很密的初始网格,随着荷载的施加,对裂纹尖端附近的局部单元进行动态劈裂,为裂纹的后续扩展提供了更多可能的扩展方向,使得裂纹扩展不必沿着初始网格的单元边界扩展,即可以沿着单元内部进行扩展,裂纹扩展形态更为平滑,与实际情况更为接近。同时相对原FEM/DEM耦合分析方法一开始就划分很密的网格而言,新方法可以划分较为稀疏的初始网格,计算成本降低。最后,通过巴西劈裂算例与原FEM/DEM耦合分析方法对比,分析表明,新方法在一定程度上克服了裂纹扩展形态对初始网格的依赖性。 相似文献
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在岩土工程分析中求解精度控制常常是必需的,在数值流形法中可以通过控制数学覆盖网格的稀疏和覆盖位移的阶数来达到精度的要求。提出了基于等几何分析的数值流形方法,定义了相应的数学覆盖的构造形式,推导了基于二次B样条的9节点数值流形方法分析格式;针对基于Lagrange插值函数的4节点数值流形方法提出了基于T样条思想的数学覆盖网格的局部加密方法。算例计算结果表明,相对于4节点的数值流形方法,基于非均匀有理B样条的9节点数值流形方法具有更高的精度;基于T样条思想的加密网格在保持计算精度的前提下降低了自由度的数量,表明T样条加密是一种自然的局部加密算法。 相似文献
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Investigation of a hybrid polygonal finite element formulation for confined and unconfined seepage 
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下载免费PDF全文 This study presents a formulation for field problems using hybrid polygonal finite elements, taking steady state seepage through a porous material as the focus. We make comparisons with a conventional finite element formulation based on a single primary variable, focussing on the advantages of the hybrid formulation in terms of flux field accuracy and extension to convex polygonal shaped elements. For the unconfined case, we adopt a head dependent hydraulic conductivity that does not require remeshing. The performance of the hybrid polygonal element formulation is demonstrated through a series of numerical examples. The results show a sensitivity of the location of the free surface in unconfined seepage to mesh configuration for hybrid quadrilateral meshes with various aspect ratios, but not for hybrid polygonal meshes with various orientations and irregularity. Examination of the free surface location results for several conforming shape function options shows an insensitivity to choice of interpolation function, provided that it conforms with the assumptions in the formulation. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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为了改进计算区域离散化问题,本文利用自适应非结构化网格有限单元法求解二维地电结构下大地电磁场满足的加权余量表达式。在有限元求解电磁场的过程中,网格剖分越精细、计算精度越高,计算量也会越大。此外,结构化网格难以适应任意地形以及复杂地质构造。而自适应非结构化网格在电性变化剧烈的区域会自动加密,在电性缓变的区域则生成粗疏的网格,从而优化网格质量与数量。因此,文中引入COMSOL Multiphysics软件,以实现若干地电模型的构建及非结构化自由四边形单元网格化。将网格数据信息导入本文算法,计算大地电磁场响应,并与解析解及数值解对比。结果表明,基于非结构化网格的正演模拟精度高、适应性强,为计算区域网格化提供了新的方法。 相似文献
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传统有限元强度折减法在边坡稳定性数值分析中取得了一定的成功,但由于未考虑岩土体材料参数的变异性等不确定性因素,尚不能直接应用于边坡稳定性特别是动力稳定性可靠性分析问题。为此提出了基于有限元强度折减法的地震边坡动力稳定性可靠性分析方法。将有限元极限分析法、动力分析法和可靠性分析法三者耦合,分析求解边坡在地震作用下的动力稳定性可靠性问题,并将这一过程在数值计算程序中得以实现。在计算分析过程中,克服了原方法需不断人工试算才能得到边坡安全系数而无法量化处理问题,并对边坡动力失效准则进行了适用于程序化的改进,使其计算过程完全实现自主运行。结合典型算例分析结果表明,该方法显著的特点是能较全面地反映岩土体的动力特性和边坡岩土体材料强度参数的变异性及相关性,所得结果相对更加合理且更符合工程实际。该方法既是对有限元强度折减法的应用范围的有益推广,也为边坡动力稳定性可靠性问题研究提供了一条新的有效途径。 相似文献