基于SEM的可变形块体离散元法研究

摘要：

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(F E M)不同,弹簧元法(S E M)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(C D E M)程序的基础上实现了弹簧元-离散元耦合程序,应用耦合程序计算了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.

关键词：弹簧元法、离散元法、弹簧刚度、边坡工程

分类号：TU4;TU3

在线出版日期：2016-09-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

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