![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
基于FEM-SPH耦合方法的挡土墙墙后土体变形破损研究.pdf
《基于FEM-SPH耦合方法的挡土墙墙后土体变形破损研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于FEM-SPH耦合方法的挡土墙墙后土体变形破损研究.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、引用格式:涂正楠,吴羿君,冯君,罗晗玲,杨涛 基于 耦合方法的挡土墙墙后土体变形破损研究 山地学报,():,():山 地 学 报 文章编号:():收稿日期():;改回日期():基金项目():四川省交通运输科技项目();四川省科技计划项目(,)。();(,)作者简介():涂正楠(),男,重庆江津人,硕士研究生,主要研究方向:岩土工程数值模拟。(),:通讯作者():冯君()男,四川渠县人,博士,副教授,主要研究方向:岩土力学与边坡工程。(),:基于 耦合方法的挡土墙墙后土体变形破损研究涂正楠,吴羿君,冯 君,罗晗玲,杨 涛(西南交通大学 土木工程学院,成都 )摘要:挡土墙发生较大位移时,墙后土体往
2、往出现裂缝,应用传统有限元法()计算墙后土体受力变形时存在困难。的耦合方法结合了 的高精度、高效率和 粒子处理大变形的能力,可以较好地模拟裂缝的衍生与发展演化。本文介绍了 方法的基本原理与 的耦合方法,使用 自适应耦合算法对平动位移模式下挡土墙墙后土体的裂缝衍生与墙后土压力进行了三维数值计算,并与试验结果进行了对比,结果表明:()方法可以较好地模拟挡土墙墙后土体的裂缝衍生;()墙后滑坡推力峰值在距离墙顶 处;()挡土墙平动模式下,张拉裂缝与剪切裂缝交替出现,张拉裂缝的出现由远挡墙向近挡墙的顺序衍生,剪切裂缝的出现由土体下端向上端的顺序衍生。研究结果可以为解决岩土体大变形问题提供新的思路。关键词
3、:光滑粒子流体动力学;挡土墙;模型试验;数值模拟;裂缝衍生中图分类号:文献标志码:挡土墙是支撑路基填土或防止填土或土体变形失稳的构造物。挡土墙上的土压力大小及分布规律,是挡土墙结构设计的基础。对于挡土墙应力应变、墙后土压力计算等研究在理论推导 、数值模拟 和模型试验 ,等方面已经取得了很多的成果。当挡土墙底部在位移较大时,墙后土体会产生裂缝,裂缝的产生会对模型计算网格造成较大的干扰,为了减少这种网格大变形带来的干扰,有学者 提出了使用插值无网格和弥散裂缝模型结合的方法模拟土体裂缝的产生与发展,但是该种无网格法需要较密的网格节点,存在精度不够高、计算效率低等问题。传统的 ()方法精度较高,但是其
4、在处理大变形问题,尤其是土体这种抗拉强度较低的材料时,通常采用网格删除技术模拟开裂变形,其计算精度必然有所影响。为了解决大变形 对 计 算 结 果 产 生 的 干 扰,拉 格 朗 日 方 法()和拉格朗日 欧拉法()可以对网格进行重划分,但这会大大增加计算量并会导致部分数据的丢失 。无网格法是一种新兴的数值计算方法,因其在插值时不需要网格,仅需要计算在节点通过核函数构造的影响域,克服了依赖于网格的数值方法的一些缺点,在处理大变形及裂缝衍生等问题时具有明显优势。光滑粒子流体动力学方法(,)作为一种常用的无网格方法,前处理简单,不需要繁琐且冗杂的代码,同时兼备高精度与高效率而被广泛应用于大变形研究
5、。岩土体中常用的本构关系 ()、()、均能适用于 方法。由于 方法不需要网格划分和小变形假设的特性,其可以不受到网格畸变的影响,每个生成的粒子被单独赋予状态变量(质量、速度、位移、应力、应变等)和材料属性(重度、弹性模量、泊松比、内摩擦角、剪胀角、黏聚力等),方法 被 广 泛 应 用 于 滑 坡 模 拟、灾 害 防 治 预 测等 。目前已经有学者开始使用 法结合 方法解决工程中有关爆炸 和碰撞 的问题,但存在人为主观因素划分区域问题,不涉及 到 的转换。而土体为单一材料,人为划分大变形区域会有失精度。虽然 方法对于通常细微部件的材料变形和结构响应的计算分析精度不及同等尺度的 方法,但对于存在大
6、变形的结构时,方法是通过解除粒子之间的约束来模拟开裂变形,不存在材料的删除缺失,故 模型的计算分析精度高于同等尺度的 模型。的耦合方法在有限元网格出现大变形的时候根据一定转化准则自适应转换为 粒子,结合了 的高精度、高效率和 粒子处理大变形的能力,可以模拟裂缝的衍生与发展演化,尝试解决传统方法无法准确模拟挡土墙受力变形的问题。本文介绍了 方法的基本原理与 的耦合方法,使用 的自适应耦合方法计算了墙后土压力的分布,再现了挡土墙墙后土体裂缝的衍生过程,与试验结果吻合较好,显示了 方法在大变形问题上计算精度的优势。理论基础与 耦合?方法基本理论光滑粒子流体动力学最早由 和 与 提出并应用于模拟星系动
7、力学。随后,方法被广泛应用于液体、气体等流体的模拟,成为一种强大而灵活的工具。方法使用一组离散的粒子来表示流体,每个粒子具有独立的质量、位置、速度等属性。流体被视为由这些粒子组成的集合,通过对粒子的属性进行插值来模拟流体的性质。方法的构造方程主要由两个关键步骤组成 :场函数核近似法、粒子近似法。在第一步中应用积分表示函数的核近似法对光滑核函数进行逐步积分,对于点 上的粒子的支持域内任意一点 ,其函数表达式 ()可以写为:()()(,)()式中,为光滑核函数(),或简称为核()(图 ),基点粒子的变量值可以通过其影响区域内相邻粒子的集合的贡献值和来近似;为光滑长度(),其决定了有多少粒子可以影响
8、特定点的插值;为 的积分域。为粒子 的影响域;为比例因子,其决定了光滑核函数的作用范围。图 核函数 本文采用的核函数为 年 和 在三次样条函数基础上改进的 样条函数,其被广泛应用于 方法的计算,其表达式如下:(,)(,)()()式中,为满足光滑核函数正则化条件的系数,在山地学报 卷 第 期一维、二维、三维空间中分别有,;是在 和 处两粒子之间的相对距离,其中 是两点之间的距离。在第二步中粒子近似法将连续介质划分为一组具有特定属性的离散粒子,如质量、位置、速度等。每个粒子代表了一部分连续介质的特征。通过对粒子之间的相互作用建立数值模型,可以模拟和计算连续介质中的物理过程,每个粒子具有独立的质量、
9、位置、速度、应变等属性。这些属性可以根据物理规律和数值模型进行更新和求解。然而,传统的 方法在边界区域存在粒子缺陷,积分精度受限导致求解不准确。为了改善粒子在边界处的不稳定性,国外学者 提出了不同的方法,其中,基于虚粒子的边界处理方法 是最常用的方法。当 粒子接近拉格朗日边界面时,通过平均相邻边界面形成一个虚拟平面。在虚拟平面的基础上,引入虚拟粒子,提高积分精度。改进边界条件下(图),表面两侧的 粒子不再相互作用。图 无滑移边界条件算法示意图(基于文献 修改)()?耦合方法 法和 方法是计算力学中的两种重要的数值方法,由于其高精度的优点,法在工程应用中被广泛使用。然而,法难以解决网格畸变等大变
10、形问题,而 方法存在拉伸不稳定性和应用边界条件施加时存在困难等限制。因此,一种常见的策略是在存在局部大变形的区域使用 方法,而其余区域使用计算代价较小精度更高的 法。通过施加适当的连续 非连续转换触发机图 与 接触示意图 制,可以实现 的耦合,从而完成对结构体力学变形行为全过程的精确模拟。与 之间的耦合主要依赖以下四个方面实现:()接触面耦合:在 与 接触面处,通过接触力来耦合 和 ;()边界条件耦合:在 边界处,通过对 的边界条件进行耦合;()动力学耦合:通过耦合流体和固体的动力学方程,使得两者共同影响对方的运动;()网格耦合:通过在网格将 和 耦合在一起,使得两者可以互相影响。为了实现 与
11、 粒子之间的相互作用,在自适应 方法中对接触界面采用接触算法进行计算 ,有限元网格和 粒子之间的接触面(图 ),有限元节点上的 粒子为虚线表示的小圆形,虚拟粒子 的定义域在虚线圆形范围内。伴随着虚拟粒子运动到距离有限元节点两倍光滑长度,有限元节点和虚拟粒子间将产生一定大小的接触力,根据无网格粒子接触算法 ,各有限元节点可当成虚拟粒子,当粒子处在有限元节点支持域中,节点将受到 粒子引起的接触力,节点和粒子的接触力计算表达式为:()()()()()式中,为支持域内的粒子(节点)数;为粒子(节点)的质量();为粒子(节点)的质量();为粒子(节点)的密度();为粒子(节点)的密度();代表接触 ,基
12、于 耦合方法的挡土墙墙后土体变形破损研究图 粒子转换原理 算法的光滑核函数;是粒子间距();是粒子间光滑长度的平均值();是用户定义的标量接触刚度惩罚参数;是粒子 支持域内的粒子个数。本文采用 求解器探讨 自适应耦合方法,研究挡土墙墙后土体变形破损和裂缝发展情况,在挡土墙发生位移后,墙后土体塑性应变增大,基于塑性应变阈值的转化准则下,网格中单元塑性应变超过阈值后,损伤区单元开始由 网格转化为 粒子(图),其网格上原有的力学性质继承到 粒子上,破损土体与颗粒间的摩擦系数重生成,逐渐形成一条塑性贯通带,通常 方法在此时由于网格畸变严重导致计算终止,而 由于其无网格特性可以继续计算,墙后土体会产生第
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 FEM SPH 耦合 方法 挡土墙 后土 变形 破损 研究
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。