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案例34:砂土中的断层破裂扩展

本案例主要介绍了非标准边界条件的应用以及流动法则对摩擦材料,比如砂的破坏运动学的影响,案例中考虑的问题主要是受到Anastasopoulos等(2007)的研究的启发。如图34.1所示,在正断层构造中,右壁和底壁在给定的倾角 α下逐渐向下移动,直到发生破坏;在逆断层构造中,右壁和底壁在给定的倾角 α下逐渐向上移动。

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图34.1 正断层和逆断层;灰色墙体是不可移动的,红色墙体进行位移;所有墙体都假定是刚性体

在OptumG2中,位移边界条件可以仅对结构单元进行添加。对于本案例的问题,可移动墙体采用刚性板进行模拟,如图34.2所示,而完全支撑用来模拟不可移动的墙壁。然后,从右下角,另一刚性板沿着与断层方向(αα)相对应的方向向下延伸。在该板的末端,可以在局部坐标系中施加位移边界条件,以允许整个刚性板仅沿着由延伸板给出的方向进行移动。

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图34.2 断层扩展构造(逆断层),水平向的划分仅仅基于可视化目的

然后,考虑了正断层和逆断层的倾角为αN  = αR = 60°。采用的材料为软件默认的松散砂土(Loose Sand),流动法则为非相关联(φ=30°,ψ=0°)。分析采用的是乘数弹塑性分析,网格单元类型为6-高斯节点,网格单元数量为10000个。

分析过程的最终状态下的变形和塑性乘数场如图34.3所示,结果与Anastasopoulos等(2007)的实验结果非常吻合。

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图34.3 快破坏时的正断层(上)和逆断层(下)构造

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