發(fā)布時間：2021-02-22 12:47

　　自然界中的巖土材料普遍存在各向異性與應變軟化的力學特性,二者均會對巖土工程重點關注的承載力、穩(wěn)定性和變形等問題產生重要影響。然而目前在有限元數(shù)值模擬中,仍然沒有能夠合理且有效地耦合這兩種特性的分析方法。針對此問題,本文做了如下工作:1.將Pietruszczak與Mroz提出的微結構張量聯(lián)合應力不變量的強度各向異性理論方法發(fā)展到對粘性土粘聚力的分析中,推導出了與經典的Casagrande粘聚力各向異性理論相一致的表示形式,并在理論和數(shù)值兩個層面上證明了本文所發(fā)展的各向異性理論方法更加合理。2.在Cosserat連續(xù)體理論框架下,將粘聚力的各向異性與應變軟化特性同時考慮到經典的Drucker-Prager屈服準則中,推導了切線本構模量陣一致性算法,并借助于有限元軟件ABAQUS的二次開發(fā)功能（UEL）通過編程進行了數(shù)值實現(xiàn);通過對粘土的三軸試驗和平面應變試驗驗證了本文所開發(fā)的數(shù)值模型的正確性,同時也為該本構模型新引入的各向異性參數(shù)的試驗獲取提供了借鑒;進一步地對土質邊坡穩(wěn)定性問題、擋土墻被動土壓力問題和地基承載力問題進行了模擬和分析,得到了較好的預測效果,并證明了本文所發(fā)展模型在模擬由應... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 巖土體各向異性問題的研究進展
    1.3 巖土體應變局部化問題的研究進展
        1.3.1 試驗研究
        1.3.2 理論與數(shù)值研究
    1.4 耦合各向異性與應變軟化的有限元數(shù)值方法研究現(xiàn)狀
    1.5 本文的主要研究內容及技術路線
        1.5.1 本文主要研究內容
        1.5.2 研究技術路線
2 各向異性Cosserat連續(xù)體彈塑性本構模型理論推導及數(shù)值模擬
    2.1 理論背景
        2.1.1 Cosserat連續(xù)體理論
        2.1.2 微結構張量聯(lián)合應力不變量強度各向異性理論方法
    2.2 Cosserat連續(xù)體下強度各向異性D-P本構理論推導及數(shù)值實現(xiàn)方法
        2.2.1 耦合強度各向異性與應變軟化的Drucker-Prager屈服準則
        2.2.2 率本構方程積分的返回映射算法
        2.2.3 一致性彈塑性切線模量矩陣
        2.2.4 有限元數(shù)值實現(xiàn)方法
    2.3 程序開發(fā)有效性的試驗驗證
    2.4 算例分析-平面應變條件下的壓縮模型
        2.4.1 應變軟化程度對承載力的影響
        2.4.2 強度各向異性對承載力的影響
        2.4.3 考慮強度各向異性下固結方向對承載力的影響
        2.4.4 Cosserat連續(xù)體模型與經典連續(xù)體模型的對比分析
    2.5 本章小結
3 耦合強度各向異性與應變軟化的土坡穩(wěn)定有限元分析
    3.0 引言
    3.1 邊坡穩(wěn)定分析中的強度各向異性方法對比
    3.2 適用于邊坡穩(wěn)定分析的強度各向異性Drucker-Prager屈服準則
    3.3 有限元邊坡穩(wěn)定分析方法
        3.3.1 容重增加方法實現(xiàn)簡述
        3.3.2 容重增加方法可靠性驗證
    3.4 應變軟化與強度各向異性對土坡穩(wěn)定性的影響
        3.4.1 各向異性程度對土坡穩(wěn)定性的影響
        3.4.2 應變軟化程度對土坡穩(wěn)定性的影響
        3.4.3 強度各向異性與應變軟化耦合效果分析
    3.5 Cosserat連續(xù)體模型與經典模型在土坡穩(wěn)定分析中的對比
    3.6 本章小結
4 各向異性Cosserat連續(xù)體模型在層狀巖體中的應用
    4.1 引言
    4.2 Cosserat連續(xù)體理論下的彈性各向異性本構模型
    4.3 模擬巖樣的單軸壓縮試驗
        4.3.1 引入彈性各向異性后的有效性驗證
        4.3.2 模擬層理巖樣的單軸壓縮試驗
    4.4 順傾層狀巖質邊坡穩(wěn)定分析
        4.4.1 巖層傾角對穩(wěn)定性的影響
        4.4.2 強度各向異性程度對穩(wěn)定性的影響
        4.4.3 應變軟化程度對穩(wěn)定性的影響
        4.4.4 各向同性簡化替代的可行性分析
    4.5 本章小結
5 各向異性Cosserat連續(xù)體模型在巖土工程問題中的進一步應用
    5.1 引言
    5.2 擋土墻被動土壓力問題分析
    5.3 地基極限承載力問題分析
    5.4 本章小結
6 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
參考文獻
附錄 公式推導中采用Matlab輔助計算的程序代碼
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文及獲獎情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]三維各向異性砂土UH模型[J]. 姚仰平,田雨,劉林.  工程力學. 2018(03)
[2]層狀砂巖各向異性力學特性試驗研究[J]. 鄧華鋒,王偉,李建林,張吟釵,張小景.  巖石力學與工程學報. 2018(01)
[3]考慮旋轉各向異性相關結構的黏土邊坡穩(wěn)定性分析[J]. 程紅戰(zhàn),陳健,王占盛,胡之鋒,黃玨皓.  巖石力學與工程學報. 2017(S2)
[4]橫觀各向同性巖土材料應變局部化現(xiàn)象的有限元模擬[J]. 常江芳,徐遠杰,楚錫華.  華南理工大學學報(自然科學版). 2016(10)
[5]三軸試樣破壞后應變局部化影響的實驗研究[J]. 邵龍?zhí)?劉港,郭曉霞.  巖土工程學報. 2016(03)
[6]上海軟黏土強度固有各向異性[J]. 高彥斌,樓康明.  同濟大學學報(自然科學版). 2013(11)
[7]三維Cosserat連續(xù)體模型與微結構尺寸相關效應的有限元分析[J]. 唐洪祥,胡兆龍.  計算力學學報. 2013(03)
[8]三種邊坡安全系數(shù)計算方法對比研究[J]. 劉杰,李建林,王樂華,駱世威,朱敏,周濟芳,趙宗勇.  巖石力學與工程學報. 2011(S1)
[9]基于變換應力方法的各向異性模型三維化[J]. 王乃東,姚仰平.  巖土工程學報. 2011(01)
[10]各向異性軟黏土地基上淺基礎破壞包絡面研究[J]. 范慶來,欒茂田.  巖石力學與工程學報. 2010(11)

碩士論文
[1]大變形Cosserat有限元數(shù)值方法的實現(xiàn)及其應用[D]. 孫發(fā)兵.大連理工大學 2018
[2]變分原理及低階單元在Cosserat連續(xù)體中的實現(xiàn)與應用[D]. 管毓輝.大連理工大學 2013
[3]三維Cosserat連續(xù)體模型及其數(shù)值應用[D]. 胡兆龍.大連理工大學 2013



本文編號：3046016