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针对边坡工程中岩土体连续-非连续渐进破坏的特点,提出一种新的变形体离散元方法（DEM）。与传统有限单元法（FEM）不同,弹簧元法（SEM）通过构建一组广义弹簧系统描述单元的力学行为。弹簧元法中的一个广义弹簧可以具有多个方向的刚度系数,确定广义弹簧系统的构造形式及其各刚度系数表达式是弹簧元法的核心。以三角形单元为例,介绍平面弹簧元的基本理论。对任何二维正交广义弹簧系统,通过定义广义弹簧变形与单元应变之间的关系,直接对比单元的应变能与弹簧系统的弹性势能即可得到广义弹簧刚度系数的表达形式。定义泊松刚度系数和纯剪刚度系数两个系统参数,描述正交广义弹簧之间的联系。对任意泊松比的材料,该方法都可准确地描述泊松效应的影响,计算结果与传统有限元法一致。该方法不需要求得有限元单元刚度矩阵的具体形式,具有直接方便、物理意义明确的优点,应用该方法给出任意4节点单元弹簧系统的构造形式及其各刚度系数的表达式。基于SEM的可变形块体离散元法,用弹簧元中的广义弹簧求解块体变形,用离散元中的接触弹簧计算块体间作用力,在单元节点的控制方程中实现弹簧元-离散元耦合计算,通过接触弹簧的状态实现材料由连续到非连续的破坏过程。在基于连续介质离散元法（CDEM）程序的基础上实现弹簧元-离散元耦合程序,应用耦合程序计算均质土坡在重力作用下的弹塑性变形和基覆边坡在重力作用下的破坏,初步证明该方法用于边坡变形渐进破坏分析的可行性。 相似文献
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弹簧元法是一种将单元离散为一系列弹簧的数值计算方法。不同的单元具有不同的离散方式,确定相应的离散弹簧的刚度系数表达式是弹簧元法的关键。将四节点矩形单元离散为6个基本弹簧,每个基本弹簧包括法向弹簧和切向弹簧两个派生弹簧,并用泊松弹簧和纯剪弹簧描述单元的泊松效应和剪切效应,用有限元的单元刚度矩阵标定各弹簧的刚度系数,实现了一种四节点矩形弹簧元的构造形式。该单元的同类弹簧具有相同的表达形式。法向与切向弹簧的刚度表达式中分别含有法向和切向弹簧刚度待定系数。通过改变待定系数的值可使该单元分别对应于有限元的常应变、双线性及Wilson非协调单元。将上述弹簧元方法进行理论推导,并应用于基于连续介质的离散单元法（CDEM）的核心计算进行简单算例验证,证明了提出方法的正确性。通过以上研究发现,四节点矩形弹簧元有以下特点：对于相同问题,不同单元有不同的计算精度;对于梁弯曲问题,应用该单元可显著提高离散单元法的求解精度;改变待定系数的值,可得到更高或者更低精度的单元。 相似文献
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模拟岩石破裂过程的块体单元离散弹簧模型 总被引：2，自引：0，他引：2
在变形体离散元的基础上建立块体单元离散弹簧模型,并应用于岩石破裂过程的数值模拟研究。该模型以连续介质力学理论为基础,将块体单元离散为具有明确物理意义的弹簧系统,通过对弹簧系统的能量泛函求变分获得各弹簧的刚度系数,进而可以直接利用弹簧刚度求解单元的变形和应力,提高计算效率。以重力作用下的岩质边坡计算为例,通过与传统的有限元进行对比,验证该模型弹性计算结果的正确性。在该基础上,引入Mohr-Coulomb与最大拉应力的复合破坏准则,判断单元的破坏状态及破裂方向。当单元的内部破坏面确定后,则通过块体切割的方式实现单元破坏,并建立单元边界和单元内部的双重破裂机制,实现块体由连续到非连续的破裂过程,进而显示的模拟裂纹的形成和扩展。最后,以巴西圆盘劈裂、单轴压缩破裂以及三点弯曲梁等典型算例验证该方法,结果表明该方法可以较好地模拟拉伸、压剪等应力状态下裂纹的形成和扩展,从而可模拟岩石介质由连续到非连续的破裂过程。 相似文献
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