IMECH-IR  > 流固耦合系统力学重点实验室
基于CDEM的地质体材料参数反分析方法研究
Alternative TitleA Study in Inverse Methods to Identify Material Parameters of Geological Bodies Bases on CDEM
唐德泓
Thesis Advisor李世海
2017
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline工程力学
Abstract获取材料参数是地质体工程中的关键难题,研究高效合理的参数识别方法具有重要科学和工程意义。传统材料试验所用的试样取自地质体的局部有限区域,难以确定非均匀地质体参数分布趋势特征。反分析方法是地质体材料参数识别的有效方式。但现有反分析方法存在计算开销大、实测数据利用率低、精度低、正演模型与目标函数合理性不足等问题,不适于地质体材料参数识别。鉴于上述不足,本文针对强度参数,弹性参数及渗流参数分别提出一套新的材料参数反分析方法。同时为改进CDEM连续非连续模型在强度反分析问题中的精度,建立了新的接触力计算方法。本文主要工作包括:(1)基于CDEM的块体接触力两尺度计算模型。该模型包含3个主要特点:①建立节点融合的接触力计算新模型,去除传统接触模型中的数值弹簧。通过动量守恒,节点融合,整体隔离接触力计算实现完整的无罚弹簧接触模型;②分割初始接触时步,准确识别真实接触点,获得正确的相对接触位移;③以弹性波特征长度为网格尺寸建立子接触单元,准确计算初始接触过程中的单元刚度及弹簧力。(2)基于连续非连续力学模型与冗余边界的强度反分析方法。①首次在强度反分析中引入连续非连续模型替代传统理想弹塑性模型作为正演方法,计算直接模拟地质体中的破裂行为,结果更加合理,反演结果同时可提供裂缝分布,信息更丰富。②提出监测位移冗余边界法,直接将监测位移作为边界条件,并基于此构建了新的目标函数——表面功。数值算例证实表面功与强度之间存在单调关系。(3)基于弹簧元的三维弹性参数波形反分析方法。①以波形反演理论为基础,利用全时程监测数据提高识别精度。②以CDEM中的连续介质力学新计算方法——弹簧元法为离散方式,利用其高效率、少存储的特点,提高了反分析算法计算效率。③通过 MPI技术并行,建立两层并行架构,可实现百万参数反演。(4)基于中心型有限体积的三维非稳态渗流参数反分析方法。①以波形反演理论为基础,利用非稳态渗流全时程监测数据提高识别精度,以局部搜索方法大幅增大可反演参数数量。②CDEM中的高效中心型有限体积渗流算法为离散格式,实现对地质体大数量渗透率的反分析计算。 关键词:地质体参数反分析,连续非连续模型,波形反演,弹簧元,中心型有限体积法
Call NumberPhd2017-033
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/78619
Collection流固耦合系统力学重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
唐德泓. 基于CDEM的地质体材料参数反分析方法研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.
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