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开挖卸荷条件下高边墙岩体变形和破坏的数值计算 总被引：8，自引：0，他引：8
对高边墙的稳定性研究,除了受结构面控制的局部块体稳定性外,最为重要的问题是直立高边墙在地应力作用下,其弹塑性变形及由此而引起的边墙应力环境条件恶化所导致的破裂问题,这类问题可统称之为弹塑性变形稳定性,对这类问题的分析目前主要采用的是基于弹塑性理论的有限单元法数值模拟,且以二维分析为主。本文针对某地下电站工程较为复杂的岩体结构特征和地下空问形态,采用三维弹塑性有限元单元法模拟了随着地下厂房开挖的进行,高边墙岩体变形破坏的动态演化序列,进而对高边墙的稳定性现状进行了评价。 相似文献
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岩石圈热—流变结构与大陆动力学 总被引：11，自引：1，他引：11
由于大陆内部存在上千公里宽的弥散边界变形带，板块构造理论用于解释新生代大陆内部的显著的构造变形遇到了困难。因此，探讨大陆岩石圈的构造变形机制、演化及动力学过程从而成为国际地球科学的热点研究领域---大陆动力学。大量的地震测深、地震层析成像技术的应用对岩石圈的精细结构研究，已揭示岩石圈结构和物质组成存在显著的横向非均质性。这种横向非均质性是地质时期内大陆岩石圈经历多期次构造-热事件叠加与改造所形成的。同时，也决定了岩石圈热-流变学结构的横向分块、纵向分层的特性。大陆岩石圈热-流变学结构非均质性及其构造继承性对大陆内部构造变形起控制作用。所以，大陆动力学应注重开展大陆变形的运动学、大陆岩石圈的热-流变学结构和大陆变形的地球动力学数值模拟研究。 相似文献
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本文提出了斜坡变形破坏及运动全过程数值模拟研究的思想和方法。这种方法的基本点是应用基于粘弹塑性力学的有限单元法对斜坡变形及破裂的小变形过程进行模拟,进而采用离散单元法对破坏后的大变形及运动过程进行模拟。本文以三峡库区典型的近水平岩层岸坡为例,应用这种方法,对这类岸坡的变形发育及其在高强孔隙水压力作用下的运动过程进行了数值模拟研究,从而从理论上阐述和证明了这类岸坡大型滑坡的形成机制。 相似文献
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提出了一种基于颗粒接触的无网格方法（PCMM）,并编制了相应的C++程序,解决了有限元等网格类方法在模拟边坡失稳滑动过程中的网格畸变问题。该方法利用颗粒离散元中的接触拓扑创建连续介质单元,通过颗粒的运动演化实现连续介质单元的自动删除及重建,通过在连续介质单元中引入考虑应变软化效应的Mohr-Coulomb模型及最大拉应力模型,实现边坡的弹塑性分析及失稳滑移过程的模拟。利用PCMM分析了均质边坡的弹塑性场、沙堆的形成过程及土质边坡的失稳过程。计算结果表明,PCMM在小变形下具有足够的精度,且在模拟材料大变形方面具有明显优势,是一种模拟边坡成灾范围的有效方法。 相似文献
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常规的弹塑性模型难以模拟材料破坏时由于内部损伤累积引起的变形局部化带形成过程。将岩土材料抽象为含有孔洞的球形体胞单元的集合体,采用一个标量--孔洞体积百分比来刻划单元的损伤程度,基于细观损伤力学提出了一个适用于岩土材料的塑性损伤模型。将该模型通过用户子程序嵌入到大型有限元商业软件MRAC中,研究岩土材料的局部化剪切带形成过程。采用该模型,成功地对平面应力条件下岩土材料单轴受压和单轴受拉试件的局部化破坏分别进行了数值模拟。采用该模型,对拱坝在超水载作用下的变形局部化进行了研究,数值计算结果表明,上游坝踵处最先发生变形局部化现象。 相似文献
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《岩土力学》2017,(1):284-290
为了全面地了解降雨入渗引起的边坡失稳破坏机制,基于有限元-有限差分理论(FE-FD scheme)的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元数值分析方法被提出。程序中采用了Zhang等~([1])提出的以Bishop有效应力和饱和度作为状态变量的非饱和土弹塑性本构模型,从而可以连续地描述在降雨入渗时土体由非饱和状态转化为饱和状态过程中力学特性的变化。同时用Green-Naghdi客观应力速率张量来考虑边坡失稳过程中的大变形问题。程序不仅可以模拟由于降雨入渗引起的水分迁移、孔隙水/气压力变化的过程,而且可以很好地反映出由于降雨入渗所引起的边坡变形、塑性剪切带形成等力学行为。选取室内边坡模型试验为研究对象,用所提出的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元程序来进行数值模拟,并与试验结果对比,验证了所提出的有限元数值方法的有用性。 相似文献
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大陆动力学是地球动力学的基本组成部分,是板块构造理论的重要拓展,是固体地球科学的核心命题之一。在系统的地质、地球物理和地球化学观测的基础上,数值模拟是探讨大陆动力学过程和机制的有效手段。本文主要基于大陆动力学数值模拟,围绕大陆形成和演化过程的四个关键科学问题进行总结和探讨。(1)大陆起源与早期地球动力学演化。现今观测到的最早的大陆地壳岩石来自冥古宙,说明地球早期就已经开始大陆地壳的形成;关于当时的构造体制,存在多种不同的模式及其过渡和转换(岩浆洋、热管、滞盖等),该问题的约束甚少,是一个地球动力学的前沿科学问题。(2)大陆岩石圈的稳定性与破坏。大陆岩石圈形成之后经历几十亿年尺度的长时间演化,有些克拉通可以保持大致的稳定性直至现今,而有的克拉通却在显生宙期间经历显著的改造和破坏,无论其稳定存在还是改造破坏,都是值得深入探讨的科学问题。(3)大陆深俯冲与极限折返。超高压岩石折返代表了地球表层物质由浅入深而又由深及浅的物质循环,系统的观测和模拟对该过程和机制已有比较清晰的理解;而近年来观测到的200~350 km的超深折返岩石又提出新的挑战,其模式和机制有待进一步探索。(4)大陆碰撞造山差异性。造山带解析是大陆动力学研究的核心内容,伴随日益精细化的地学观测,也对动力学模拟提出了新的挑战,多地体的复合造山动力学值得进一步探究;同时,青藏高原作为最重要的碰撞造山带,其一级动力学驱动力仍不明确。本文在系统探讨这些科学问题的基础上,进一步提出大陆动力学数值模拟的未来研究方向:一方面是问题导向型,针对上述仍未解决的重要科学问题,尤其是一级控制机制问题,通过创新思路和精细模拟,并与观测进行系统对比分析,最终给出答案;另一方面是技术导向型,极力发展新的数值模拟方法和技术(例如双相流乃至多相流),以适应复杂地质演化中的相变、流体、熔体、地表过程等的模拟需求,这两个研究方向的发展将共同提高大陆动力学过程和机制的认知水平,促进大陆动力学理论的发展。 相似文献
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大陆岩石圈流变动力学研究进展 总被引：7，自引：0，他引：7
综述了近年来宏观尺度上大陆岩石圈在流变结构、运动学和动力学研究方面的进展 ,简要介绍了INDEPTH ,KTB等科学工程的最新成果。固体地球科学的发展趋势表明 :查明岩石圈的物质组成和岩石圈的热结构是建立岩石圈流变结构模型的基础 ,高分辨率地球物理方法、大陆科学深钻和岩石学探针是研究岩石圈流变结构的重要途径 ;大地测量是研究岩石圈运动学的主要手段 ;定量计算岩石圈的流变学参数和模拟动力学演化过程是动力学研究的基本内容。 相似文献
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本文采用以物理坐标为变量的Ｕｐｄａｔｅｄ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ描述方法,在考虑边坡非线性变形破坏的基础上,建立了边坡大变形破坏的弹塑性有限元模型,详细推导了有限单元方程和数值分析公式,并考虑了边坡的初始应力和超孔隙水压力。 相似文献
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花岗岩:大陆地质研究的突破口以及若干关键科学问题——“岩石学报”花岗岩专辑代序 总被引：7，自引：6，他引：1
地球是宇宙中迄今唯一发现有花岗岩的星球。从物质组成而言,大洋的核心问题是玄武岩,大陆的核心问题是花岗岩。花岗岩从被发现的那一天起,围绕它的产状、成因和演化过程及其地质意义的争论就没有停止过。最早的陆壳由长英质片麻岩TTG组成,TTG不能从地幔中直接熔出,是地幔熔融的玄武岩再次熔融形成的。初始的陆壳富钠,太古宙以后的陆壳开始明显富钾。洋壳的寿命仅2~3亿年,陆壳的寿命可长达40~44亿年。花岗岩记录了大陆形成与演化的全过程,大陆演化对于认知地球具有无法替代的作用。因此,花岗岩在某种程度上可以作为陆壳的代用词。20世纪60年代兴起的板块构造理论是地球科学的一次革命,但是,板块构造理论并未解决大陆形成、演化和改造的根本问题。此外,花岗岩与大陆成矿作用关系也非常密切。花岗岩成因还存在诸多待解难题。对花岗岩的研究,只有跳出岩石学和岩石地球化学的范畴,才能真正理解大陆构造的问题。花岗岩所凝聚的科学问题是对板块构造理论的巨大挑战,也是固体地球科学理论创新的重大机遇。花岗岩研究从岩石地球化学层面跃升到陆壳演化层面,是研究思维和理论创新的突破,是21世纪花岗岩研究的重大转折。 相似文献
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有限元数值计算方法在岩土工程中已有较多的应用,但在水平受荷桩分析计算中的应用尚不普遍。有关水平受荷桩土体系水平承载力及变形的数值模拟方法少有文献报道。采用有限元数值模拟方法来研究水平受荷桩土体系的水平位移。首先简要分析了水平受荷桩的主要计算方法及原理。然后,基于ABAQUS软件建立了桩土系统二维及三维的有限单元模型,分别通过按现行规范推荐的m法和按Poulos的弹性理论法计算的两个算例,将数值计算方法与解析方法进行了对比计算分析。有限元数值计算结果与解析解基本吻合,说明了所采用有限元数值模拟方法的可靠性及有效性。 相似文献
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高土石坝裂缝分析的变形倾度有限元法及其应用 总被引：1，自引：0，他引：1
土石坝张拉裂缝一般由坝体的不均匀沉降变形引起,是土石坝破坏的主要诱因和表现形式之一。将基于现场沉降监测资料的传统变形倾度法进行了扩展,通过在有限元计算程序中嵌入变形倾度计算模块,发展了基于有限元变形计算的变形倾度有限元法。该方法简洁实用,方便与常规有限元变形计算相耦合,可作为在工程设计阶段分析和估算土石坝是否会发生表面张拉裂缝的实用方法。应用所发展的变形倾度有限元法,以糯扎渡高心墙堆石坝工程为例,进行了坝体后期变形引起坝体表面发生张拉裂缝的敏感性计算分析,探讨了高土石坝变形倾度的分布规律以及与坝体后期变形的关系,发现对糯扎渡高心墙堆石坝,坝顶后期沉降最大值小于坝高0.39%,可作为防止发生坝顶横向张拉裂缝的控制工况。通过工程实例的计算,说明提出的方法可用于高土石坝的裂缝预测分析。 相似文献
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俯冲带是地球上构造活动最复杂、最强烈的区域,也是地球物质循环系统的重要组成部分,对俯冲带的深入研究有助于加深我们对地球系统科学的认识。通过系统地梳理分析国内外相关文献,大洋岩石圈通过在汇聚板块边界的俯冲将大量水带入到地幔中,并对俯冲带地震的发生、地幔的熔融、岩浆的产生、陆壳的形成乃至矿产资源富集都起到了重要的控制作用。弧前隆起区的岩石圈地幔在顺断层渗透的深海水作用下发生强烈水化作用并形成水化地幔,是水富集在岩石圈的主要方式之一。随着俯冲板片深度的增加,在一定的温压条件下,水化地幔(蛇纹岩)发生脱水相变,引发俯冲带中源地震。脱出的水则由于运移的差异,既可以产生板内的水压致裂,也会影响俯冲界面的耦合,进而导致慢滑移地震区的形成。由此可见,俯冲带地区深海-岩石圈流体交换及其在深部的效应是一个包含化学反应-温度-流体流动-应力变形/破坏的多物理场耦合的复杂动力学系统。然而,目前的相关研究工作主要侧重于对其中某个因素、现象或者某个特定条件下具体过程的探索性观测分析研究。因此,我们需要从地球系统科学的角度出发,将流体运移、化学反应与传统的固体地球研究相结合,着眼于多学科交叉的多场耦合动力学综合研究,对俯冲带地区深海-岩石圈流体交换及其效应进行多时空尺度定量化表征和分析。 相似文献
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Transform and non-transform discontinuities that offset slow spreading mid-ocean ridges involve complex thermal and mechanical interactions. The truncation of the ridge axis influences the dynamics of spreading and accretion over a certain distance from the segment-end. Likewise, the spreading system is expected to influence the lithospheric plate adjacent to the ridge-end opposite of the discontinuity. Tectonic effects of the truncated ridge are noticeable in for example the contrast between seafloor topography at inside corners and outside corners, along-axis variations in rift valley depth, style of crustal accretion, and ridge segment retreat and lengthening. Along such slow-spreading discontinuities and their fossil traces, oceanic core complexes or mega-mullion structures are rather common extensional tectonic features. In an attempt to understand deformation of oceanic lithosphere near ridge offsets, the evolution of discontinuities, and conditions that may favor oceanic core complex formation, a three-dimensional thermo-mechanical model has been developed. The numerical approach allows for a more complete assessment of lithosphere deformation and associated stress fields in inside corners than was possible in previous 3-D models. The initial suite of results reported here focuses on deformation when axial properties do not vary along-strike or with time, showing the extent to which plate boundary geometry alone can influence deformation. We find that non-transform discontinuities are represented by a wide, oblique deformation zone that tends to change orientation with time to become more parallel to the ridge segments. This contrasts with predicted deformation near transform discontinuities, where initial orientation is maintained in time. The boundary between the plates is found to be vertical in the center of the offset and curved at depth in the inside corners near the ridge–transform intersection. Ridge–normal tensile stresses concentrate in line with the ridge tip, extending onto the older plate across the discontinuity, and high stress amplitudes are absent in the inside corners during the magmatic accretionary phase simulated by our models. With the tested rheology and boundary conditions, inside corner formation of oceanic core complexes is predicted to be unlikely during magmatic spreading phases. Additional modeling studies are needed for a full understanding of extensional stress release in relatively young oceanic lithosphere. 相似文献
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关于强度折减有限元方法中边坡失稳判据的讨论 总被引：100，自引：18，他引：82
在边坡稳定性分析中采用强度折减弹塑性有限元方法时,所得到的总体安全系数在一定程度上依赖于所采用的失稳评判标准,通常以数值计算的收敛性作为边坡失稳判据。而有限元计算的数值收敛性受多种因素的影响,因而由此所得到的安全系数的合理性及其唯一性受到了质疑。为了考查目前各种失稳判据的合理性及其适用性,分别依据计算的收敛性、特征部位位移的突变性和塑性区的贯通性等3个失稳判据,针对某一典型边坡算例,采用强度折减弹塑性有限元方法进行稳定性分析,并与Spencer极限平衡法所得到的总体安全系数进行了对比。对比分析表明,以有限元数值计算的收敛性作为失稳判据在某些情况下所得到的安全系数可能误差较大,而采用特征部位位移的突变性或塑性区的贯通性作为失稳判据所得到的边坡安全系数与Spencer极限平衡法的计算结果比较接近,考虑到实用性与简便性,建议在边坡稳定性分析的强度折减有限元方法中联合采用特征部位位移的突变性和塑性区的贯通性作为边坡的失稳判据。 相似文献
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大陆岩石圈流变学研究 总被引：2，自引：1，他引：2
简单介绍了流变学的概念和两种基本研究方法,基于大陆岩石圈较大洋岩石圈有更为复杂的流变特征客观事实,指出研究大陆岩石圈流变学的重要性,并提出几个主要的研究方向和领域。 相似文献