基坑工程中土與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用及邊坡穩(wěn)定性的數(shù)值分析.pdf

1、在基坑工程中,土與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用、土的物理非線性與界面的接觸非線性所構(gòu)成的土工雙重非線性和基坑邊坡的穩(wěn)定性是深基坑工程中的三個(gè)非常重要而基本的實(shí)際問題,一直得到了廣泛的重視,但是目前尚未得到徹底的解決.為此該文針對這三個(gè)問題,分別開展了深入的探索,主要研究工作包括:1.對于土與結(jié)構(gòu)間接觸面的切向本構(gòu)關(guān)系,目前通常采用雙曲線非線性彈性模型或剛塑性模型來描述,但是,傳統(tǒng)的雙曲線非線性模型不能明確地表達(dá)剪切破壞后的塑性流動變形特性;而剛塑性

2、模型又無法描述剪切破壞之前的非線性彈性變形.對此,該文將非線性彈性理論與彈塑性理論相結(jié)合,提出了一種非線性彈性-理想塑性模型,剪切破壞之前所發(fā)生的剪切變形與剪切破壞之后的錯動變形分別由非線性模型和剛塑性模型計(jì)算,這種混合模型能夠比較全面地反映接觸面的變形特性與破壞機(jī)理,以此為基礎(chǔ)發(fā)展了用于模擬土與結(jié)構(gòu)接觸面特性的接觸帶單元.從計(jì)算角度,接觸面的計(jì)算力學(xué)模型可以分為無厚度的接觸面單元和有厚度的接觸帶單元,通過比較分析認(rèn)為有厚度的接觸帶單元

3、能夠比較合理地描述土與結(jié)構(gòu)的相互作用特性.2.對于實(shí)際巖土工程中大量存在的土的物理非線性和土與結(jié)構(gòu)間接觸面的接觸非線性這類雙重非線性問題,該文將土的理想彈塑性模型和針對接觸面所建立的非線性彈性-理想塑性本構(gòu)模型相結(jié)合,發(fā)展了一套非線性數(shù)值解法,從而對于土工雙重非線性問題提出了一種一套比較協(xié)調(diào)的計(jì)算模型與數(shù)值分析方法,并將其應(yīng)用于深基坑支護(hù)與開挖及穩(wěn)定性分析,實(shí)際計(jì)算表明這套方法是行之有效的.3.針對目前邊坡穩(wěn)定性分析中常用的強(qiáng)度折減彈塑

4、性有限元法所存在的失穩(wěn)指標(biāo)和失穩(wěn)判斷不明確等問題,該文提出了將廣義塑性應(yīng)變作為一種新的失穩(wěn)指標(biāo),并依據(jù)廣義塑性應(yīng)變分布區(qū)的產(chǎn)生、發(fā)展乃至相互連通進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性的評判.該文通過對有限元計(jì)算結(jié)果的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示技術(shù)全面實(shí)現(xiàn)了這種評判過程,即通過對圖形實(shí)時(shí)顯示的計(jì)算結(jié)果的觀察,分析強(qiáng)度折減過程中廣義塑性應(yīng)變的發(fā)展變化,進(jìn)而評判邊坡的穩(wěn)定性,多個(gè)算例的計(jì)算與分析表明不僅對于基坑邊坡,而且對于實(shí)際工程中的天然邊坡和人工切坡,這種穩(wěn)定性分析方法是合

5、理有效的.4.采用Visual C++編寫了面向?qū)ο蟮挠?jì)算程序,實(shí)現(xiàn)了非線性-理想塑性接觸面模型,實(shí)現(xiàn)了土工雙重非線性問題的彈塑性有限元數(shù)值計(jì)算和以此為基礎(chǔ)的邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析.該計(jì)算系統(tǒng)不僅具有較強(qiáng)的計(jì)算功能,而且擁有較強(qiáng)的前前后處理功能,在后處理中,有限元計(jì)算結(jié)果可以用等值線與彩色云圖兩種方法表達(dá).結(jié)合基坑開挖與支護(hù)這樣的變體系施工力學(xué)問題,將非線性有限元計(jì)算過程與實(shí)時(shí)顯示技術(shù)相結(jié)合,隨時(shí)通過圖形顯示了解施工與加載過程中各種物理量的