离散元基本理论与3DEC模拟技术

颗粒离散元基本理论

1 运动方程

1.1 平动方程

kidVimij Fc,ij Fd,ij mig （1） dtj 1

式中，mi与Vi分别为颗粒i的质量和速度，t为时间，mig为颗粒i的重力，Fc,ij与Fd,ij分别为颗粒i与j的接触力与粘性接触阻尼力，ki为所有与颗粒i接触的颗粒总数。颗粒i与j间的接触力法向与切向接触力组成，即

Fc,ij Fcn,ij Fct,ij （2）

同理，粘性接触阻尼力也可表示为法向与切向分量形式，即

Fd,ij Fdn,ij Fdt,ij （3）

1.2 转动方程

颗粒间的接触力作用在颗粒i与j的接触点上，而不是作用在颗粒的中心，所以这些接触力（除法向接触力Fcn,ij外）将会对颗粒i产生力矩Ti

Ti Ri Fct,ij Fdt,ij （4）

式中，Ri为从颗粒i质心指向接触点的矢量，其幅值为Ri（颗粒i的半径）。转动方程可写为

kidωiIi Ti （5） dtj

个别元素法于三维岩体力学行为之应用

杨长义 陈志民 陈锦清

淡江大学土木工程学研究所

中兴顾问社大地力学研究中心

摘 要

本文利用三维个别元素分析法程序(3DEC)，仿真三维规则节理岩体在单轴与真三轴应力下之变形与强度特性。主要研究结果如下：(1) 3DEC可用以定性分析三维节理岩体力学机制，利用该程序可简易探讨任何节理分布位态下之力学行为，免除物理模模型仿真试验之困难；(2) 多轴应力下岩体之异向性行为亦可透过3DEC模拟分析，定性上均与物理现象相互一致；(3)在节理间距、劲度比较大的岩盘较需要比对二维与三维分析之差异。

一、前 言

自然界岩体多处于真三轴应力状态下，以往受限于分析工具与实验设备，岩石工程之分析大多局限于二向度分析，对三维岩体行为之模拟则较少[1]。例如目前可用于分析具大变形特性之离散岩体的程序如DDA[2]、UDEC[3]均局限于对二维问题的解析；而3DEC[4]程序系以个别元素法(distinct element method)在UDEC基础下发展而成之数值分析程序，正可用以仿真三维节理岩体之力学行为：3DEC可将岩体视为由许多离散的完整岩块所组成，各完整岩块可以模拟成刚体或可变形体；而各完整岩块间为节理所分

个别元素法于三维岩体力学行为之应用

杨长义 陈志民 陈锦清

淡江大学土木工程学研究所

中兴顾问社大地力学研究中心

摘 要

本文利用三维个别元素分析法程序(3DEC)，仿真三维规则节理岩体在单轴与真三轴应力下之变形与强度特性。主要研究结果如下：(1) 3DEC可用以定性分析三维节理岩体力学机制，利用该程序可简易探讨任何节理分布位态下之力学行为，免除物理模模型仿真试验之困难；(2) 多轴应力下岩体之异向性行为亦可透过3DEC模拟分析，定性上均与物理现象相互一致；(3)在节理间距、劲度比较大的岩盘较需要比对二维与三维分析之差异。

一、前 言

自然界岩体多处于真三轴应力状态下，以往受限于分析工具与实验设备，岩石工程之分析大多局限于二向度分析，对三维岩体行为之模拟则较少[1]。例如目前可用于分析具大变形特性之离散岩体的程序如DDA[2]、UDEC[3]均局限于对二维问题的解析；而3DEC[4]程序系以个别元素法(distinct element method)在UDEC基础下发展而成之数值分析程序，正可用以仿真三维节理岩体之力学行为：3DEC可将岩体视为由许多离散的完整岩块所组成，各完整岩块可以模拟成刚体或可变形体；而各完整岩块间为节理所分

个别元素法于三维岩体力学行为之应用

杨长义 陈志民 陈锦清

淡江大学土木工程学研究所

中兴顾问社大地力学研究中心

摘 要

本文利用三维个别元素分析法程序(3DEC)，仿真三维规则节理岩体在单轴与真三轴应力下之变形与强度特性。主要研究结果如下：(1) 3DEC可用以定性分析三维节理岩体力学机制，利用该程序可简易探讨任何节理分布位态下之力学行为，免除物理模模型仿真试验之困难；(2) 多轴应力下岩体之异向性行为亦可透过3DEC模拟分析，定性上均与物理现象相互一致；(3)在节理间距、劲度比较大的岩盘较需要比对二维与三维分析之差异。

一、前 言

自然界岩体多处于真三轴应力状态下，以往受限于分析工具与实验设备，岩石工程之分析大多局限于二向度分析，对三维岩体行为之模拟则较少[1]。例如目前可用于分析具大变形特性之离散岩体的程序如DDA[2]、UDEC[3]均局限于对二维问题的解析；而3DEC[4]程序系以个别元素法(distinct element method)在UDEC基础下发展而成之数值分析程序，正可用以仿真三维节理岩体之力学行为：3DEC可将岩体视为由许多离散的完整岩块所组成，各完整岩块可以模拟成刚体或可变形体；而各完整岩块间为节理所分

个别元素法于三维岩体力学行为之应用

杨长义 陈志民 陈锦清

淡江大学土木工程学研究所

中兴顾问社大地力学研究中心

摘 要

本文利用三维个别元素分析法程序(3DEC)，仿真三维规则节理岩体在单轴与真三轴应力下之变形与强度特性。主要研究结果如下：(1) 3DEC可用以定性分析三维节理岩体力学机制，利用该程序可简易探讨任何节理分布位态下之力学行为，免除物理模模型仿真试验之困难；(2) 多轴应力下岩体之异向性行为亦可透过3DEC模拟分析，定性上均与物理现象相互一致；(3)在节理间距、劲度比较大的岩盘较需要比对二维与三维分析之差异。

一、前 言

自然界岩体多处于真三轴应力状态下，以往受限于分析工具与实验设备，岩石工程之分析大多局限于二向度分析，对三维岩体行为之模拟则较少[1]。例如目前可用于分析具大变形特性之离散岩体的程序如DDA[2]、UDEC[3]均局限于对二维问题的解析；而3DEC[4]程序系以个别元素法(distinct element method)在UDEC基础下发展而成之数值分析程序，正可用以仿真三维节理岩体之力学行为：3DEC可将岩体视为由许多离散的完整岩块所组成，各完整岩块可以模拟成刚体或可变形体；而各完整岩块间为节理所分

3DEC算例1

poly brick 0,20 0,20 0,20

pl bl

pl reset

pl set dip 70 dd 210

gen edge 4

prop mat=1 dens 2500 bulk 5e9 g 3e9 phi 35

change cons 2

gravity 0 0 -10

bound stress -2.75e6,-2.75e6,-5.5e6 0,0,0 zgrad 1.25e4,1.25e4,2.5e4 0,0,0 range x 0

bound stress -2.75e6,-2.75e6,-5.5e6 0,0,0 zgrad 1.25e4,1.25e4,2.5e4 0,0,0 range x 20

bound stress -2.75e6,-2.75e6,-5.5e6 0,0,0 zgrad 1.25e4,1.25e4,2.5e4 0,0,0 range y 0

bound stress -2.75e6,-2.75e6,-5.5e6 0,0,0 zgrad 1.25e4,1.25e4,2.5e4 0,0,0 range y 20

bound stress 0,0,-5e6 0,0,0 range z 20

bound zvel=0

FLAC3D与3DEC特性简介

FLAC3D主要适于模拟计算地质材料和岩土上程的力学行为。特别是材枓达到屈服极限后产生的塑性流动、材料通过单元和区域表示，根据计算对象的形状构成相应的网格。每个单元在外载和边界约束条件下，按照约定的线性或非线性应力—应变关系产生力学响应。由于FLAC3D程序主要是为岩上工程应用而开发的岩石力学计算程序，程序中包括了反映地质材料力学效应的特殊计算功能，可计算地质类材料的高度非线性(包括应变硬化/软化)、不可逆剪切破坏和压密、粘弹(蠕变)、孔隙介质的应力－渗流耦合、热－力耦合以及动力学行为等。

FLAC3D程序设有多种本构模型： (1)各向同性弹性材料模型； (2)横观各向同性弹性材枓模型； (3)莫尔—库仑弹塑材料模型； (4)应变软化/硬化塑性材科模型； (5)双屈服塑性材料模型； (6)遍布节理材料模型；

(7)空单元模型，可用来模拟地下硐室的开挖和煤层开采；

另外，程序设有界面单元，可以模拟断层、节理和摩擦边界的滑动、张开和闭合行为。支护结构如砌衬、锚杆、可缩性支架或板壳等与围岩的相互作用也可以在FLAC3D中进行模拟。同时、用户可根据需要在FLAC3D中创建自己的本构模型，进行各种特殊修正和补充。

FLA

FLAC3D与3DEC特性简介

FLAC3D主要适于模拟计算地质材料和岩土上程的力学行为。特别是材枓达到屈服极限后产生的塑性流动、材料通过单元和区域表示，根据计算对象的形状构成相应的网格。每个单元在外载和边界约束条件下，按照约定的线性或非线性应力—应变关系产生力学响应。由于FLAC3D程序主要是为岩上工程应用而开发的岩石力学计算程序，程序中包括了反映地质材料力学效应的特殊计算功能，可计算地质类材料的高度非线性(包括应变硬化/软化)、不可逆剪切破坏和压密、粘弹(蠕变)、孔隙介质的应力－渗流耦合、热－力耦合以及动力学行为等。

FLAC3D程序设有多种本构模型： (1)各向同性弹性材料模型； (2)横观各向同性弹性材枓模型； (3)莫尔—库仑弹塑材料模型； (4)应变软化/硬化塑性材科模型； (5)双屈服塑性材料模型； (6)遍布节理材料模型；

(7)空单元模型，可用来模拟地下硐室的开挖和煤层开采；

另外，程序设有界面单元，可以模拟断层、节理和摩擦边界的滑动、张开和闭合行为。支护结构如砌衬、锚杆、可缩性支架或板壳等与围岩的相互作用也可以在FLAC3D中进行模拟。同时、用户可根据需要在FLAC3D中创建自己的本构模型，进行各种特殊修正和补充。

FLA

使用与满足理论

基本理论 1、概念

“使用与满足”理论从受众的心理动机和心理需求角度出发，结合 心理学和 社会学相关知识，解释了人们使用媒介以得到满足的行为，提出了受众接受媒介的社会原因和心理动机。

使用与满足理论站在受众的立场上，通过分析受众对媒介的使用动机和获得需求满足来考察大众传播给人类带来的心理和行为上的效用。同传统的讯息如何作用受众的思路不同，它强调受众的能动性，突出受众的地位。该理论认为受众通过对媒介的积极使用，从而制约着媒介传播的过程，并指出使用媒介完全基于个人的需求和愿望。

2、发展过程

从时间上来说，使用与满足的研究大致经历了“传统”和“现代”两个时期，复旦大学传播学者殷晓蓉对此有专文进行了深刻的论述。

早期研究大部分是围绕无线电广播和报纸与读者的关系而展开的。其中包括：三四十年代，由洛克菲勒基金会赞助的研究机构进行了美国第一次全面的广播研究（包括分析广播的内容和对听众的统计）；1940年的奥逊·威尔斯火星人入侵地球的广播剧所引起的恐慌事件的研究以及赫佐格的那篇被称作“历史性的论文”《我们对白天连续节目的听众究竟知道什么》等。

使用与满足理论的“现代时期”则是出现在第二次世界大战以后，那时的研究逐渐呈现出更加

课目 灭火救灾技术与方法基本理论教案

作业提要

课 目 灭火救灾装备器材操作使用 时 间 12小时

内 容 1.灭火救灾装备器材的种类与用途

2.灭火救灾装备器材的操作使用方法

方 法 讲解示范，操作练习。

条 件 民兵军事训练教材；防火服，风力灭火机，细水雾灭火

机，水枪等制式灭火装备；斧子，砍刀，手锯等就便器材；训练场。

标 准 1.了解灭火救灾装备器材的种类、用途、性能与构造。

2.熟练掌握风力灭火机、细水雾灭火机、水枪等常用灭火救灾装备器材的操作使用方法。 3.能够排除救灾装备的一般故障。

考 核 实际操作。

采取两级制评定，达到标准为合格，否则为不合格。 抽取2—3种常用灭火救灾装备器材进行考核，器材操作要领准确、使用规范、动作熟练。

作业进程

作业准备……………………………………………………10分钟 1.设置场地，检查器材，划分编组，明确分工； 2.严明训练场纪律，强调安全注意事项；

3.清点人数，整理着装，向在场首长报告； 4.宣布作业提要。

作业实施…………………………………………………100分钟 灭火救灾技术与方法主要包括：火场清理、扑打灭火、隔离灭火、水土灭火等。熟练掌握和运用正确合适的灭火技术