武汉岩土所推广与发展岩体结构地震动力响应的DDA方法获进展

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近一个世纪以来,世界范围内发生了一系列大地震,地震造成的岩体工程破坏已引起工程界高度关注。然而,地震作用下岩体结构由变形演化至破坏全过程极其复杂,是一个典型的非连续、非线性、大变形、动力学问题,国际著名数学家、岩石力学家、中国科学院大学教授石根华提出的DDA方法具有完美的运动学理论、严格的运动平衡、正确的能量耗散,备受学术界推崇,是解决岩体结构动力破坏问题的有力武器。

石根华搭建了DDA动力计算理论框架,但在地震动输入、传播与响应、高效计算方面的研究有待发展。针对这些问题,在“973”项目首席科学家盛谦的带领下,中国科学院武汉岩土力学研究所副研究员付晓东、研究员张勇慧等在以下方面取得了阶段性进展:(1)通过动力边界与地震力输入方法研究,突破了经典DDA不考虑波传播的局限,实现了DDA处理地震动力问题时从建筑结构到岩体结构的思维跨越;(2)首次采用时频域联合方法研究了节理岩体的子块体尺寸合理取值,基于能量原理定量给出了数值、粘性阻尼的阻尼比表达式,为地震DDA计算的动力参数取值提供了理论依据;(3)基于OpenMP多线程与CUDA(GPU) 实现动力方程组并行求解,为大规模工程地震动力响应分析提供了高效计算平台。通过上述研究工作,推广并发展了岩体结构地震动力响应的DDA方法,在大渡河大岗山水电工程中得到了应用,初步揭示地震作用下岩体结构动力破坏机制,得到了DDA创始人石根华的高度评价。

研究成果得到“973”项目(2015CB057900)、国家自然科学基金重大研究计划集成项目、面上及青年基金项目(51509241,91215301,11272331)的资助,相关研究发表于International Journal of Rock Mechanics&Mining Sciences、International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics、Tunnelling and Underground Space Technology、International Journal of Geomechanics(ASCE),并获得2016年度中国岩石力学与工程学会优秀博士学位论文奖。

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责任编辑: 范琪