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无网格法对岩体不连续面的模拟
  • ISSN号:1000-6915
  • 期刊名称:岩石力学与工程学报
  • 时间:0
  • 页码:2108-2117
  • 语言:中文
  • 分类:TU45[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程]
  • 作者机构:[1]长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,湖北武汉430010
  • 相关基金:国家自然科学基金重大项目(50539110,50639090);长江科学院科研基金资助项目“自然单元法在岩土工程中的应用研究”
  • 相关项目:岩石高边坡失稳的大型滑坡预警和防治
中文摘要:

鉴于以Goodman单元为代表的界面单元在传统有限元法中取得了广泛而成功的应用,因而采用无网格法进行岩土工程数值分析时,首先考虑引入Goodman单元以模拟不连续面。详细分析将Goodman单元引入无网格法模拟不连续面的可行性和当前研究所存在的问题。研究结果表明,由于Goodman单元最初的应用对象是有限元法,其位移模式实质是为了实现与其相连接的有限单元相协调;而无网格的位移模式是基于离散节点的,对于不同的待插值点,影响域覆盖该插值点的节点及其数量也不相同;因而必然存在着无网格法的位移模式与Goodman单元边界上假定的位移模式不相协调的问题。解决这个问题的关键是在考虑节理单元的刚度对总体刚度矩阵的贡献时,应采用数值积分计算得到节理单元的刚度矩阵而不是简单的将传统解析表达式累加到求解系统的总体刚度矩阵中去;考虑到上述特点,界面单元可以隐式或显式出现在计算模型中。以自然单元法为例详细介绍显式和隐式Goodman单元的具体实现方案,并给出相应的算例进行数值验证和对比;所提出的思路对于一般的无网格方法都是适用的。

英文摘要:

Various interface elements are successfully applied in traditional finite element method(FEM) to model discontinuities, in which Goodman element is the most representative one. The paper discusses the feasibility of introducing Goodman element to model geological discontinuities in meshless method in full length, and points out the problems existing in some current studies. The Goodman element is presented in the framework of FEM~ the displacement mode of Goodman element is designed to be compatible with the finite element along the common boundary between finite element and Goodman element. But, in the meshless method, the displacement mode of Goodman element generally is not compatible with the meshless displacement mode which is based on a number of discrete nodes, the number, however, cannot be known beforehand. The key to solve this problem is that the stiffness matrix of the Goodman element must be computed through numerical integration, then the computed matrix but not the analytical stiffness matrix in the traditional FEM is added to the general matrix of the system when the contribution of the Goodman element to the general stiffness matrix is considered. So, discontinuities can be represented by Goodman element in analytical model in implicit or explicit mode. In the framework of the natural element method(NEM), the implementation scheme of the Goodman element, implicitly and explicitly respectively, is addressed in detail for illustration of the idea. The presented method is general and suitable for all existing meshless methods.

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期刊信息
  • 《岩石力学与工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国岩石力学与工程学会
  • 主编:冯夏庭
  • 地址:武汉市武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 邮编:430071
  • 邮箱:rock@whrsm.ac.cn
  • 电话:027-87199250
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6915
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1397/O3
  • 邮发代号:38-315
  • 获奖情况:
  • 全国中文核心期刊,中国科协优秀期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:75823