裂隙岩体地震动力致裂与崩滑的不连续变形模拟分析方法研究
批准号:
51509241
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
付晓东
依托单位:
学科分类:
水工岩土工程
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
张勇慧、李亚军、刘学伟、周永强、黄珏皓、张善凯
中文摘要
裂隙岩体地震动力致裂与崩滑的数值模拟理论与方法是当前地质灾害防治领域亟待深入研究的重要方向。本项目拟针对裂隙岩体崩滑过程中地震波传播及其动力效应导致震裂的特点,以崩滑全过程的概念模型和不连续变形分析(DDA)方法及其开源程序为基础,以云南鲁甸灾区昭通—巧家二级公路为依托工程,开展崩滑体动力响应的地震动输入机制、岩体震裂的破坏准则与本构关系、接触搜索与方程组求解的高效并行算法研究,开发基于CPU-GPU异构平台的DDA高效并行软件,形成裂隙岩体地震动力致裂与崩滑的DDA高效模拟方法,再现依托工程典型震害的地震动力致裂与崩滑全过程,推动DDA方法在岩体工程地震动力响应分析中的应用,为地震作用下崩滑地质灾害的评价与预测提供技术支持。
英文摘要
Research on numerical method for simulating the shattering-cracking and collapsing-sliding of fractured rock mass induced by earthquake is an urgent topic of the geological hazard prevention and control field. According to the characteristics of the shattering-cracking including the seismic wave propagation in the fractured rock mass and its dynamic effect, based on the full-course conceptual model for the collapsing-sliding and the discontinuous deformation analysis (DDA) method and its open source code, we firstly explore the seismic input and boundary setting methods for dynamic response of the collapsing-sliding model, as well as the failure criterion and constitutive relation considering the shattering-cracking. Secondly, using the OpenMP and CUDA technology, the parallel algorithms for searching contacts and solving equations are achieved, and high parallel computing of the DDA program is developed on the CPU-GPU heterogeneous platforms. Finally, taking the Zhaotong-Qiaojia secondary road in the disaster area caused by the 2014 Yunnan Ludian earthquake as the applicative project, the developed DDA program is used to reproduce the full-course of a typical collapsing-sliding hazard. The expected results can promote the application of DDA on the seismic dynamic response analysis for rock mass engineering, and also can provide technical support for evaluating and forecasting the collapsing-sliding induced by earthquake.
裂隙岩体地震动力致裂与崩滑的数值模拟理论与方法是当前地质灾害防治领域亟待深入研究的重要方向。本项目针对裂隙岩体崩滑过程中地震波传播及其动力效应导致震裂的特点,以崩滑全过程的概念模型和不连续变形分析(DDA)方法及其开源程序为基础,开展了DDA方法研究与应用工作。.针对关键科学问题1—DDA方法中的地震输入机制,突破了传统DDA方法模拟不考虑地震波传播或人工边界散射波反射的局限,发展了处理崩滑地震响应的静动力统一人工边界及基于隐式黏性边界的地震输入方法,分析了节理岩体中地震波传播规律。.针对关键科学问题2—裂隙岩体震裂的破坏准则与本构关系,构建了基于约束Delaunay三角单元的DDA崩滑体模型,研究了拉剪分区的裂隙扩展破坏准则,建立了拉剪混合型裂隙扩展的本构关系。.针对关键科学问题3—裂隙岩体地震动力致裂与崩滑全过程,首先提出了基于多线程与CPU-GPU平台的DDA高效并行算法,研发了集前处理、计算和后处理为一体的DDA高效并行软件平台,再针对依托工程云南鲁甸灾区昭通—巧家二级公路的221个边坡震害,开展了地质调查与评估,选取甘家寨滑坡为典型工点,利用高密度电法对四个剖面进行勘探,通过研发的DDA软件再现了地震作用下甘家寨滑坡破坏全过程。.本项目相关成果发表在International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences、Computers and Geotechnics、International Journal of Geomechanics等行业权威期刊,项目负责人入选中国科协青年人才托举工程)项目资助、1人次获得中国岩石力学与工程学会优秀博士论文奖、申请发明专利2项、获得软件著作权1项,协作培养博士研究生2名。该研究成果可推动DDA方法在岩体工程地震动力响应分析中的应用,为地震作用下崩滑地质灾害的评价与预测提供技术支持。
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A four-node quadrilateral element fitted to numerical manifold method with continuous nodal stress for crack analysis
适合裂纹分析的连续节点应力数值流形方法的四节点四边形单元
DOI:
10.1016/j.compstruc.2016.08.008
发表时间:
2016-12
期刊:
COMPUTERS %26 STRUCTURES
影响因子:
--
作者:
[Yang Yongtao, Sun Guanhua, Zheng Hong, Fu Xiaodong]
通讯作者:
Fu Xiaodong
DOI:
10.16285/j.rsm.2016.04.032
发表时间:
2016
期刊:
岩土力学
影响因子:
--
作者:
[付晓东, 盛谦, 张勇慧, 冷先伦]
通讯作者:
冷先伦
Application of the discontinuous deformation analysis method to stress wave propagation through a one-dimensional rock mass
不连续变形分析方法在一维岩体中应力波传播中的应用
DOI:
10.1016/j.ijrmms.2015.09.017
发表时间:
2015-12
期刊:
International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences
影响因子:
7.2
作者:
[Fu, Xiaodong, Sheng, Qian, Zhang, Yonghui, Chen, Jian]
通讯作者:
Chen, Jian
Computation of the safety factor for slope stability using discontinuous deformation analysis and the vector sum method
利用不连续变形分析和矢量和法计算边坡稳定安全系数
DOI:
10.1016/j.compgeo.2017.07.026
发表时间:
2017-12-01
期刊:
COMPUTERS AND GEOTECHNICS
影响因子:
5.3
作者:
[Fu, Xiaodong, Sheng, Qian, Zhang, Zhenping]
通讯作者:
Zhang, Zhenping
Extension of the Discontinuous Deformation Analysis Method to Simulate Seismic Response of a Large Rock Cavern Complex
模拟大型岩洞综合体地震响应的不连续变形分析方法的推广
DOI:
10.1061/(asce)gm.1943-5622.0000712
发表时间:
2017-05
期刊:
International Journal of Geomechanics
影响因子:
3.7
作者:
[Fu Xiaodong, Sheng Qian, Zhang Yonghui, Chen Jian, Leng Xianlun]
通讯作者:
Leng Xianlun
共 7 条
强震诱发岩体崩塌堵江成坝过程的模拟方法与力学机制研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:58万元
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批准年份:2021
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负责人:付晓东
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依托单位:
余震与降雨时序作用下震裂岩体破坏过程模拟方法及失稳力学机制研究
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批准号:51779250
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项目类别:面上项目
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资助金额:59.0万元
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批准年份:2017
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负责人:付晓东
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依托单位:
国内基金
海外基金