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土质边坡极限平衡状态及临界滑动面的判定方法被引量：20: 2012年; 开展边坡失稳判据及临界滑动面确定方法的理论与数值实现研究。应用分叉理论的研究成果,证明满足关联流动法则的理想弹塑性材料,在平面应力或平面应变条件下的失稳模式为应变局部化模式,由此类材料构成的边坡模型的失稳过程为局部带渐进扩展过程。基于以上证明,提出局部化带贯通判据,认为表征边坡整体失稳的充要条件是局部化带在边坡内部的完全贯通。基于数值模拟,发展一种局部化带路径追踪技术,根据每个增量时步土体单元的局部化状态信息,通过后处理显式追踪局部化带的形成、扩展、汇合直至贯通的过程,直观、方便地判断边坡的极限平衡状态,同时确定临界滑动面的位置。并开展强度折减和位移加载算例研究,验证局部化带贯通判据及数值实现方法的适用性。; 刘晓宇赵颖刘洋李世海; 关键词：边坡工程边坡稳定性弹塑性模型失稳判据临界滑动面

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

基于地表及深部位移监测的滑坡稳定性分析被引量：21: 2013年; 拉线式滑坡地表及深部位移实时监测系统是测量滑坡地表及深部相对位移的监测仪器。通过对内蒙胜利露天矿东帮滑坡现场地质条件调查,分析了该滑坡的地质环境和滑坡特征,研究了内蒙胜利露天矿东帮滑坡发生的地质成因和环境成因。砂类土+黏土+砂质泥岩地层结构是胜利露天矿东帮滑坡发生的控制因素;露天矿不间断进行的开挖、爆破及其他外荷载是胜利露天矿东帮滑坡发生的影响因素;高强度、大量的降雨是胜利露天矿东帮滑坡发生的主要诱发因素。通过对布设在胜利露天矿东帮的地表及深部位移监测数据分析,该滑坡在暴雨之前的3个月,地表位移速率为1mm·d-1,处于匀速蠕变阶段,并且由坡顶到坡底,地表位移略有增大,呈牵引式下滑特点,深部位移基本没有变化,暴雨后,两者均发生突变,3种不同深部布设的位移监测点有效地捕捉了滑面大致位置及错动距离,可为该类滑坡的深部位移监测深度确定提供一定的借鉴和参考。; 范永波侯岳峰李世海刘晓宇; 关键词：滑坡成因暴雨

一种基于单元局部坐标系求解二维孔隙渗流问题的数值方法被引量：2: 2014年; 将数值计算区域用三角形单元进行离散,并为每个单元构建局部坐标系。局部坐标系的X轴为三角形单元某一条边的方向,局部坐标系的原点为该边的其中一个端点。在局部坐标系下,基于"格林公式"及达西定律推导了单元压力梯度及单元流速的解析表达式,给出了流经单元各棱及各节点的流量计算方法。形成了类似固体弹簧系统的渗流管道网络,建立了管道压差与流量的函数关系。将各单元局部坐标系下求得的流速及流量转换至整体坐标系,并在节点上进行凝聚。通过引入流体体积模量实现了节点渗透压力的显式求解,通过引入节点饱和度实现了非饱和问题的求解。基于局部坐标系的方法具有物理意义明确、求解过程简单等特点。通过在局部坐标系下构建管道压差与管道流量的对应关系,将有限元的渗透刚度矩阵简化为两个管道的渗透刚度值,从而节省了内存,提高了计算效率。4个数值算例的计算结果与理论解基本一致,表明了该方法在求解稳态、非稳态、饱和、非饱和渗流问题时的精度。; 冯春李世海王理想; 关键词：体积模量饱和度

均匀水流冲击下扭王字块断裂失稳过程的数值模拟研究被引量：1: 2014年; 扭王字块是一种重要的港口防波堤护面块体，其断裂失稳过程与所受水流冲击力密切相关。文章以基于连续介质力学的离散元方法（CDEM）为基础，通过引入FVM算法及半弹簧一半棱联合接触模型，分别实现了大位移下单元变形的准确计算及单元接触的快速更新。基于改进后的CDEM方法，通过在扭王字块表面施加按流速方向逐渐增加的动态面力，对均匀水流冲击下单扭王字块的断裂过程及扭王字块群的失稳滑移过程进行了数值分析。通过分析，不同方向水流冲击下单扭王字块的主要断裂模式为沿着根部的折断，其断裂流速约为21～25m／s；不同吨位下扭王字块群的失稳模式为扭王字块单体从群体中跳出，其失稳流速约为4～11m／s。; 冯春李世海赵颖刘晓宇; 关键词：FVM 防波堤扭王字块

裂隙岩体非稳态渗流数值模型及其应用被引量：4: 2011年; 为解决裂隙岩体非稳态渗流问题,发展了一种新的数值模型.对于单裂隙渗流求解,其控制方程是基于一定假设的简化Navier-Stokes方程,数值方法采用有限差分法和流体体积法.在裂隙网络中,交界处渗流可以由专门的控制方程求解.计算结果表明,该数值模型既可以大幅提高非稳态渗流的计算效率,还可以避免孤立裂隙所带来的影响.最后,通过两个工程算例验证该数值模型的适用性.; 刘洋李世海刘继棠; 关键词：裂隙岩体 NAVIER-STOKES方程裂隙网络

各向异性双重孔隙介质的应力与油水两相渗流耦合理论模型被引量：6: 2012年; 针对天然裂缝性油藏的特性,建立了描述双重孔隙介质中油水两相流体流动特性的流固耦合理论模型。该模型不仅考虑了渗透率的各向异性,而且考虑了岩石固体骨架变形的各向异性。渗流方程是依据双重孔隙的概念建立起来的,而固体骨架变形控制方程则是根据Biot的等温、线性孔隙弹性理论建立起来的。同时,给出了横向各向同性及结构各向异性、固体材料各向同性时的双重孔隙介质的应力与油水两相渗流耦合理论模型。对该模型进行了简化,并将其简化后模型与单相流的各项同性和各向异性双重孔隙介质流固耦合理论模型进行了比较。; 赵颖; 关键词：各向异性双重孔隙介质裂隙流固耦合两相流

煤层自燃防治与高温爆破安全技术中的若干力学问题: 煤层自燃已经是我国大规模煤矿开采不可回避的问题。在高温环境下的煤矿爆破开采,既涉及到爆破的高温环境也需要改进高温爆破技术,其中认识高温爆破中的工程规律,是解决高温爆破技术的关键。首先对煤层自燃的条件进行了量纲分析,说明了...; 李世海；王理想；冯春；郑炳旭；李战军；; 关键词：煤层自燃量纲分析; 文献传递

四节点矩形弹簧元及其特性研究被引量：4: 2012年; 弹簧元法是一种将单元离散为一系列弹簧的数值计算方法。不同的单元具有不同的离散方式,确定相应的离散弹簧的刚度系数表达式是弹簧元法的关键。将四节点矩形单元离散为6个基本弹簧,每个基本弹簧包括法向弹簧和切向弹簧两个派生弹簧,并用泊松弹簧和纯剪弹簧描述单元的泊松效应和剪切效应,用有限元的单元刚度矩阵标定各弹簧的刚度系数,实现了一种四节点矩形弹簧元的构造形式。该单元的同类弹簧具有相同的表达形式。法向与切向弹簧的刚度表达式中分别含有法向和切向弹簧刚度待定系数。通过改变待定系数的值可使该单元分别对应于有限元的常应变、双线性及Wilson非协调单元。将上述弹簧元方法进行理论推导,并应用于基于连续介质的离散单元法(CDEM)的核心计算进行简单算例验证,证明了提出方法的正确性。通过以上研究发现,四节点矩形弹簧元有以下特点:对于相同问题,不同单元有不同的计算精度;对于梁弯曲问题,应用该单元可显著提高离散单元法的求解精度;改变待定系数的值,可得到更高或者更低精度的单元。; 张青波李世海冯春; 关键词：有限元法弹簧刚度

不同边界条件下土石混合体破坏机制研究被引量：16: 2013年; 土石混合体是非均匀、非连续的,在外力作用下,其内部应力分布是不均匀的,其真正的边界条件是等应力边界条件。现有的土力学实验机都是刚性边界加载,即按等位移边界条件加载,不适用于研究非均匀材料。基于此自行研制了等应力边界加载实验机,通过采用柔性压头和柔性底座施加等应力边界条件,研究两种边界条件下土石混合体抗剪强度参数的差异,同时采用课题组自行研发的CDEM(Continuum-based Discrete Element Method)计算软件,开展了相应的数值计算,结果表明,传统的等位移边界条件所得不均匀地质体参数明显大于同等条件下等应力边界条件所得参数(约20%),是偏不安全的。; 范永波李世海侯岳峰冯春; 关键词：土石混合体三轴实验

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国家自然科学基金(11002146)

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