地基地震液化問題的無網(wǎng)格相關(guān)方法研究.pdf

1、砂土液化現(xiàn)象作為地震災(zāi)害的一種主要形式，常常會引起建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降及土工構(gòu)造物的破壞，給人類帶來巨大的災(zāi)難。液化引起的大變形是強(qiáng)震中飽和砂土地基破壞的主要形式，定量地預(yù)測實際邊值問題中液化引起的變形具有重要的工程價值。近年來，有限元方法已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于巖土工程問題，但是有限元方法的模擬結(jié)果依賴于網(wǎng)格質(zhì)量，并且往往由于液化過程空間分布的不均勻性而引起局部單元嚴(yán)重扭曲，使得有限元計算無法正常運(yùn)行。無網(wǎng)格法是通過一組離散的點來構(gòu)造逼近函

2、數(shù)，不需要節(jié)點間的連接信息，因而能夠克服因網(wǎng)格扭曲而造成的計算中斷，適合于易發(fā)生大變形的液化問題的數(shù)值模擬，本文的研究內(nèi)容主要圍繞無網(wǎng)格法在液化分析方面的應(yīng)用，共分為三個方面：
　　 1.將無網(wǎng)格法應(yīng)用于液化問題的數(shù)值模擬，通過算例驗證了無網(wǎng)格法能夠克服有限元方法在液化模擬中由于大變形造成網(wǎng)格扭曲而引起的計算中斷。同時，作為一種數(shù)值近似計算方法，無網(wǎng)格法的計算誤差是不可避免的，因此引入自適應(yīng)方法。本研究的自適應(yīng)方法采用TB應(yīng)力平

3、滑技術(shù)和Z-Z誤差估計，利用平滑應(yīng)力和無網(wǎng)格法所得應(yīng)力解差值的能量范數(shù)來估算誤差，如果局部相對誤差超過了允許誤差，則在高誤差域插入新的離散點進(jìn)行加密。材料參數(shù)由加密點直接傳遞給新增節(jié)點，應(yīng)力、應(yīng)變等變量以插值的方式傳遞，下一步計算以新的節(jié)點布局為基礎(chǔ)。通過對一上表面承受均布荷載作用的飽和土塊進(jìn)行數(shù)值模擬，驗證了自適應(yīng)程序能夠有效的改善計算精度。選取了建筑在飽和砂土地基上的填筑壩作為算例進(jìn)行地震反應(yīng)分析，該算例也可采用有限元方法完成，以此

4、來驗證無網(wǎng)格法應(yīng)用的有效性。通過將采用自適應(yīng)方法分析的結(jié)果與疏松和精細(xì)節(jié)點布置方案的無網(wǎng)格法分析結(jié)果對比，既驗證了自適應(yīng)過程的有效性，又獲得了填筑壩的地震響應(yīng)規(guī)律。
　　 2.無網(wǎng)格法在大變形模擬方面存在著諸多的優(yōu)勢，但也有計算時間長的缺點。將有限元與無網(wǎng)格法耦合起來，則可以很好地將這兩種離散方法的優(yōu)點組合在一起，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。即根據(jù)經(jīng)驗在容易發(fā)生網(wǎng)格扭曲的部位使用無網(wǎng)格法離散，不易發(fā)生扭曲的區(qū)域使用有限元法離散。在交界區(qū)

5、域引入過渡單元，按照Belytschko等人的方法構(gòu)造過渡單元的位移和孔隙水壓力近似函數(shù)，把兩種方法耦合到一起。通過對可液化邊坡模型的數(shù)值模擬，驗證了該方法比單純的無網(wǎng)格方法節(jié)約計算時間，并能夠達(dá)到合理的精度。并采用該方法對邊坡模型進(jìn)行了參數(shù)分析。
　　 3.分析可液化砂土地基上結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，需要考慮土一結(jié)構(gòu)相互作用。有限元方法在相互作用分析方面已經(jīng)很成熟，但涉及到無網(wǎng)格法的相互作用分析還很少見。通過編制程序，將易液化產(chǎn)生大變