UDEC

 

 

UDECUniversal Distinct Element Code是世界范圍內第一款采用離散單元法作為基本理論背景進行開發并商業化的高級計算分析程序,離散單元法最早由Peter Cundall在1971年提出理論雛形,特別適用于不連續介質力學特性和受力變形特征的研究,Cundall等人在1980年開始又把這一方法思想拓展到研究顆粒狀物質的微破裂、破裂擴展、和顆粒流動問題。目前,UDEC在巖體工程領域得到廣泛應用,代表性研究課題涵蓋節理巖體和土體的穩定性評價、地下水流動與耦合分析、支護結構模擬和水壓致裂研究等。
       與連續力學方法相比,離散元的重要區別是能夠同時模擬連續體、和非連續體的力學行為。UDEC將現實地質體、工程結構對象處理為塊體的組合,結構面及內部缺陷等不連續特征通過塊體邊界來表征,而塊體受力變形性質則沿襲采用連續介質力學方法進行描述,且支撐選擇或兼容剛體和變形體兩種方式。在物理介質運動過程中,UDEC采用處于世界前沿的接觸算法搜索塊體邊界接觸條件(接觸類型、接觸變形等)變化并計算接觸受力狀態,當接觸處于屈服狀態即形成剪切滑動或張開時,塊體發生運動位移(平動、轉動)甚至破壞現象。 具體的,UDEC程序對于物理介質的力學描述手段可進一步說明為:

  • —  UDEC以樸素的思想將物理對象視為連續性特征(如巖塊)、和非連續性特征(如結構面)兩個基本元素的集合統一體,分別以成熟力學定律分別定義這些基本元素的受力變形行為
  • —  采用凸多邊形及其組合來描述物理對象的空間形態;凸多邊形可以服從可變形、或剛性受力變形定律,如為可變形體,則采用與FLAC/FLAC3D完全一致的快速拉格朗日方案進行求解,如“網格群模型”。連續性特征對象之間通過邊界(非連續性特征)實現相互作用,描述邊界的折線段受力變形可以遵從多種荷載——變形力學定律(即接觸定律),力學定律可以模擬凸多邊形之間在公共邊界處相互滑動或脫開行為
  • —  在特定情形下,如理想地將物理介質看待為幾何連續體,此時UDEC可蛻化為FLAC等連續力學描述手段,即只描述連續性對象即可

       依據以上描述可以認識到,源于UDEC針對連續介質力學行為的描述與模擬基本沿襲了與FLAC近似一致的計算原理(快速拉格朗日求解方法、巖土力學專業技術等),因此FLAC程序擁有的特有技術優勢基本為UDEC所繼承,典型如對大變形等破壞問題的特別針對性、含有豐富連續介質力學模型、多樣化工程支護模擬單元及其內置二次開發平臺等。UDECFLAC的根本區別之處則突出體現在由設計意圖所決定的方法適用性和針對性存在顯著不同,簡單來說,UDEC較之FLAC還同時納入了離散單元法核心理論以實現針對幾何非連續介質的力學描述與模擬,特別地,節理網絡模擬、接觸搜索識別等特別針對非連續介質力學模擬所開發的關鍵技術均代表了世界前沿水平。因此,UDEC還具有如下獨到技術特征:

  • —  離散介質中結構面的模擬,如滑移和張開,程序強調結構面處理能力
  • —  內置節理網絡模擬技術,理論上可滿足任意復雜幾何非連續特征的模擬
  • —  接觸具有豐富多樣化本構定律,用于法/切向受力變形關系的求解,常規模型如彈性、理想彈塑性模型;特色模型包含彈脆性、屈服模型和Barton-Bandis模型等,以反映現實條件下結構面可以具有的復雜形態或力學行為,如結構面起伏形態、起伏剪斷、剪脹、強度圍壓效應等因素的影響
  • —  擁有基于數學網格和拓撲理論進行接觸搜索與識別的專有技術,為計算效率、數值穩定性提供堅實保障

 

 

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