王杰
- 作品数：11 被引量：92H指数：5
- 供职机构：中国科学院力学研究所更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点基础研究发展计划中国科学院战略性先导科技专项更多>>
- 相关领域：建筑科学理学水利工程天文地球更多>>
- 模拟岩石破裂过程的块体单元离散弹簧模型被引量：23
- 2013年
- 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。
- 王杰李世海周东张青波
- 关键词：岩石力学
- 基于混合方法的二维水力压裂数值模拟被引量：18
- 2015年
- 水力压裂在页岩气开采中被广泛使用,采用数值方法研究压裂机理具有重要意义.基于连续-非连续单元法(CDEM)和中心型有限体积法(FVM),提出解决水力压裂流固耦合问题的二维混合数值计算模型.该混合模型中,使用CDEM求解应力场和裂缝扩展过程,使用FVM求解裂隙渗流场.应力场、裂缝扩展和渗流场均使用显式迭代求解,并通过相互之间数据交换实现流固耦合.通过与KGD理论模型进行对比,验证数值模型的正确性.通过与颗粒离散元数值结果进行对比,验证数值模型的有效性.通过计算复杂缝网压裂模型,研究水力压裂机理,并说明该数值模型在水力压裂模拟中具有很好的前景.
- 王理想唐德泓李世海王杰冯春
- 关键词：水力压裂数值模拟有限体积法
- CDEM数值方法及其在爆炸冲击领域的应用
- CDEM是连续.非连续单元方法(Continuous-Discontinuous Element Method)的英文缩写。该方法以显式欧拉前差法为基础,将有限元与离散元进行耦合,在块体内部进行有限元计算,在块体边界进行...
- 冯春李世海马照松王杰张青波周东
- 关键词：GPU超高速碰撞
- 基于SEM的可变形块体离散元法研究被引量：5
- 2013年
- 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。
- 张青波李世海冯春王杰
- 关键词：离散元法弹簧刚度边坡工程
- CDEM数值方法及其在爆炸冲击领域的应用
- CDEM是连续.非连续单元方法(Continuous-Discontinuous Element Method)的英文缩写。该方法以显式欧拉前差法为基础,将有限元与离散元进行耦合,在块体内部进行有限元计算,在块体边界进行...
- 冯春李世海马照松王杰张青波周东
- 关键词：GPU超高速碰撞
- 文献传递
- 基于单元破裂的岩石裂纹扩展模拟方法被引量：28
- 2015年
- 传统离散元方法在处理破裂问题时,采用界面上的准则进行判断,裂纹只能沿着单元边界扩展.当物理问题存在宏观或微观裂隙时,在界面上应用准则具有其合理性;而裂纹沿着单元边界扩展,使得裂纹路径受网格影响较大,扩展方向受到限制.针对上述情况,可以基于单元破裂的方式,构建连续-非连续单元法,并应用于岩石裂纹扩展问题的模拟.该方法在连续计算时,将单元离散为具有物理意义的弹簧系统,在局部坐标系下由弹簧特征长度、面积求解单元变形和应力,通过更新局部坐标系和弹簧特征量,可进一步计算块体大位移、大转动,连续问题计算结果与有限元一致,同时提高了计算效率.在此基础上,引入最大拉应力与莫尔-库伦的复合准则,判断单元破裂状态和破裂方向,并采用局部块体切割的方式,在单元内形成初始裂纹.裂纹两侧相应增加新的计算节点,同时引入内聚力模型描述裂纹两侧的法向、切向作用与张开度及滑移变形之间的关系.按此方式,裂纹尖端处的扩展路径可穿过单元内部和单元边界,在扩展方向的选取上更为准确.最后,通过三点弯曲梁、单切口平板拉伸、双切口试样等典型数值试验,模拟裂纹在拉伸、压剪等各种应力状态下的扩展问题,并对岩石单轴压缩试验的破坏过程进行模拟,分析裂纹形成与应力-应变曲线各阶段之间的对应关系.结果表明:连续-非连续单元法通过单元内部破裂的方式,可以显示模拟裂纹萌生、扩展、贯通直至形成宏观裂缝的过程.
- 王杰李世海张青波
- 关键词：岩石破坏
- 连续非连续单元法及其基本模型
- 连续非连续单元法是拉格朗日系统下基于可断裂单元的动态显式求解算法,该方法将有限元、弹簧元等连续计算模型与离散元方法有机结合,在单元内用有限元、弹簧元等计算内力并判断材料是否开裂,在破裂面和块体边界上用离散元法检测接触和计...
- 周东王杰李世海
- 关键词：拉格朗日系统
- 文献传递
- 基于破裂模型及监测位移加载的边坡反分析新方法
- 反分析对于获取边坡力学参数及评价其稳定性具有重要意义。传统反分析方法通常基于连续介质模型及寻优算法,无法模拟边坡中裂隙演化过程,并且其寻优过程缺少方向性。针对传统方法的不足,本文提出了一种基于监测位移的反分析新方法。新方...
- 唐德泓李世海周东王杰
- 文献传递
- 基于CDEM的顺层边坡地震稳定性分析方法研究被引量：15
- 2012年
- 地震力作为一种动态载荷,其作用是导致顺层结构面黏聚力及抗拉强度的丧失。由此,提出了一种动力分析法(数值分析法)与极限平衡法(公式法)相结合的顺层岩质边坡地震稳定性评价方法。该方法利用基于连续介质力学的离散元方法(CDEM)获取震后结构面处的残余强度,将残余强度代人极限平衡公式求解重力作用下的安全系数,并将此安全系数作为评价顺层岩质边坡地震稳定性的指标。分析结果表明,传统拟静力法用于顺层岩质边坡地震稳定性的评价是不适宜的,通过本文方法获得的顺层边坡动力安全系数具有明显的3阶段特征(水平段-速降段-水平段),而拟静力法获得的安全系数随着设防烈度的增大却呈现出逐渐减小的特征。此外,所述方法还可体现地震波频率对顺层岩质边坡稳定性的影响。
- 冯春李世海王杰
- 关键词：地震力顺层岩质边坡安全系数拟静力法
- 水电能源开发中的关键工程地质体力学问题被引量：4
- 2013年
- 本文首先讨论了能源开发建设所面临的工程问题和科学问题,简述了工程地质体力学的内涵和应解决的核心问题.特别介绍了笔者研究团队最近几年的研究成果,提出了相关科学问题的研究方向.主要内容包括:传统固体力学中关于点破坏的概念,研究地质体有很大的局限性,论述了用破坏程度描述地质体破坏状态的合理性,以及基于监测与数值模拟相结合的破坏状态概念—破裂度;基于破裂演化原理,讨论了工程地质灾害的两个防灾理念,强调了状态判断的合理性及数值模拟方法的重要性;讨论了地质体稳定性分析方法的评价标准,并对目前常见的几种评价方法做了简要的评述;提出了数值模拟地质体的非连续、非均匀性的两尺度力学模型和计算框架;论述了代表性体积单元尺度上的应变强度分布函数,该函数比本构关系表征材料的破坏特性更为合适;综述了地质体孔隙裂隙渗流及与破裂场耦合模型的计算模型;结合汶川地震次生地质灾害的现象,指出了拟静力计算方法的不合理性,介绍了关于地震作用下地质体边坡稳定性的数值模拟新方法.
- 李世海周东王杰王理想冯春刘晓宇刘青泉
- 关键词：动力时程分析
