物质点法在岩土工程问题中的应用

发布时间：2019-08-15 14:45

【摘要】：岩土工程中的大变形问题常常会导致灾难性后果,研究人员已经对土体流动(如滑坡、泥石流、基坑或地铁坍塌等)、土工结构(如防洪堤、路堤等)的渗流破坏、松散饱和土体液化等方面进行了广泛研究。物理模拟和数值模拟是了解此类问题破坏机理并预测其破坏模式的常用方法,而进行大尺度的模型试验及现场试验仍然是很困难的,需要耗费大量的人力物力。近年来,数值方法在分析岩土工程大变形问题方面已有了较大发展,但是由于现有数值方法的局限性,对岩土工程问题的动态破坏过程的数值模拟还相对较少。物质点法(Material Point Method, MPM)是一种综合了拉格朗日描述和欧拉描述的新型数值方法,本文采用该方法针对岩土工程大变形问题进行数值模拟分析,主要包括三部分内容：首先,阐述了课题的研究背景及工程意义,回顾现有的分析岩土工程大变形问题的理论模型及数值方法,介绍几种具有代表性的无网格法,着重讨论了物质点法的发展及应用现状,并将物质点法与传统有限元法及其他无网格法进行比较,总结了物质点法的优势和不足,最后概述本文的研究工作。其次,详细介绍了传统单相物质点方法,显式地给出其空间离散形式,论述算法的求解过程、初始条件及边界条件的处理方法等,并针对岩土工程问题建立几种常用的土体模型；进一步介绍一种基于混合理论的饱和多孔介质两相耦合物质点方法,引入两类拉格朗日质点分别描述孔隙流体和固体骨架,针对固相和液相分别求解,详细介绍了其算法流程。在剑桥大学Bandara所编写的物质点法数值程序基础上进行修改和补充,用于模拟岩土工程大变形问题。最后,采用物质点法模拟经典散体颗粒柱坍塌及斜坡失稳滑动过程,并与实验结果、其他数值方法的模拟结果相比较,验证了物质点法理论及数值程序的准确性及可用性,并在模拟大变形问题上展现出其独特的优势。模拟了宁波某旋流井产生孔洞后墙外土体涌入井内的全过程。从理论分析和模拟结果可知,MPM能够较好的模拟岩土工程问题的动态破坏过程,具有较好的应用和发展前景。
【图文】：

防灾减灾,综合防洪,海葵,浙江省舟山市

1绪论最小。地震后引发了大量的次生灾害，如崩塌、滑坡、泥石流等，图1.1为汉川地震时形成的某处滑坡，滑坡延伸数公里，途中摧毁大量房屋，给人民的生命财产带来了巨大的损失。在滑坡形成后，，如何准确预测滑坡的滑动模式、影响范围等对于防灾减灾工作具有明确的指导意义，但是目前对此类问题的研究还很不完善。柋_图1.1汰川地震时形成的清平乡某滑坡水库是我国的重要基础设施，是我国综合防洪工程体系的重要组成部分。浙江省内地形复杂，有数量众多的山塘水库和居全国首位的海岸线,是台风、暴雨、大风、大潮等气象灾害多发地带，防灾减灾任务重，压力大。2012年8月10日，受强合风海葵影响，浙江省舟山市你山县长涂镇沈家坑水库发生溃坝（如图1.2)

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受强合风海葵影响，浙江省舟山市你山县长涂镇沈家坑水库发生溃坝（如图1.2)，造成很大的生命和财产损失。土规漫顶渐遗模式分析和全过程数值动态模拟是溃坝灾害预防预警、制定减灾对策的重大技术问题之一，也是关键难点问题之一。土石坝溃口的发展变化模式是一个局部高速水流的快速冲刷结合遗口现体滑移或局部土体崩塌的问题，具有三维特征，是一个复杂动态的物理过程，也是与时间相关的大变形问题，要定量准确描述目前还存在很多困难。2
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU433

【参考文献】