大變形流變固結(jié)耦合理論及其有限元法.pdf

1、我國的東南沿海地區(qū)以及某些內(nèi)陸地區(qū)廣泛分布著典型的軟粘土和超軟粘土。大量的工程實例和試驗表明，飽和軟粘土的變形具有大變形及流變固結(jié)耦合的特性。然而，現(xiàn)有的研究各有側(cè)重，沒有同時考慮土體的大變形特性及流變固結(jié)耦合效應(yīng)，因此有必要建立一種全面考慮飽和軟土大變形流變固結(jié)耦合特性的土體變形理論。 論文以非線性連續(xù)介質(zhì)力學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)小變形粘彈積分本構(gòu)關(guān)系，引入Jaumann應(yīng)力變化率，推導(dǎo)了消除剛體旋轉(zhuǎn)影響的大變形粘彈性本構(gòu)關(guān)系。利用該

2、本構(gòu)關(guān)系及克?；舴驊?yīng)力表示的大變形粘彈本構(gòu)關(guān)系，在大變形虛功方程及連續(xù)方程的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了基于大變形假設(shè)下的考慮流變固結(jié)耦合效應(yīng)的變分方程。建立了大變形流變固結(jié)耦合方程的二維有限元格式，為了在單個增量步長內(nèi)提高求解精度，推導(dǎo)了大變形流變固結(jié)方程的自修正迭代格式。 論文利用Ansys軟件強大的前處理功能建立分析對象的有限元模型，并進(jìn)行荷載的施加。大變形流變固結(jié)耦合程序TL-LSRCFEA及UL-LSRCFEA利用Matlab語言開

3、發(fā)，其中TL-LSRCFEA采用克?；舴虼笞冃握硰棻緲?gòu)關(guān)系及完全拉格朗日描述的有限元格式編制，UL-LSRCFEA采用Jaumann應(yīng)力率大變形粘彈本構(gòu)關(guān)系及更新的拉格朗日格式編制。 論文基于所編制的有限元程序，結(jié)合大量算例，探索性地對流變模型參數(shù)對于大變形流變固結(jié)計算結(jié)果的影響進(jìn)行了研究。通過算例，認(rèn)為大變形流變固結(jié)耦合有限元計算結(jié)果大于小變形流變固結(jié)耦合理論計算結(jié)果。 論文通過五組算例，認(rèn)為模量、荷載及泊松比三參數(shù)對

4、大、小變形流變固結(jié)耦合理論結(jié)果差異有較大的影響。模量越小、荷載越大、泊松比越小，大、小變形計算結(jié)果差異越大，大變形效應(yīng)越顯著。 論文利用UL-LSRCFEA程序?qū)δ硻C(jī)場跑道基礎(chǔ)預(yù)壓堆載施工過程進(jìn)行了分析，得到了一般區(qū)域及古河道區(qū)域地層在堆載作用下的沉降變形及孔隙水壓力消散規(guī)律曲線，并同實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，考慮大變形效應(yīng)的流變固結(jié)耦合理論，完善了流變固結(jié)耦合理論，可以反映真實狀態(tài)下軟粘土地基的沉降變化規(guī)律及大變形效應(yīng)，其