关于土体各向异性弹塑性模型的讨论

用剑桥模型和关口太田模型对偏载作用下的地基变形进行了有限元数值模拟,并结合真三轴试验成果比较分析了这2种模型柔度矩阵的特点.结果表明,这2种模型均不能合理地反映复杂应力状态下的土体应力各向异性.建议通过复杂应力条件下不同应力路径的真三轴试验,建立合理的各向异性屈服准则,进而建立各向异性非线性弹塑性模型.     

桩-梁基础共同作用分析

考虑基础梁的刚度贡献、地基土对基础梁的支承作用，以及桩间土对桩的影响，建立桩-基础梁-地基土共同作用刚度方程．采用有限单元法建立整体分析模型，对其进行共同作用分析．将桩基受力情况分解为3种荷载工况的叠加，给出计算桩自身沉降量的计算公式(考虑了桩间土对相邻桩沉降的相互影响)．建立共同作用方程时，采用先通过计算柔度系数(沉降系数)形成柔度矩阵，由柔度矩阵求逆获得刚度矩阵的方法，使计算大为简化．     

考虑层间接触状态的横观各向同性结构动力响应解析解

基于线弹性体动力学基本方程,结合坐标变换、Buchwald势函数,建立了移动荷载作用下层状横观各向同性结构的动力控制方程,利用傅里叶变换及其微分性质得到了在Fourier变换域内单层有限厚度刚度矩阵和半空间无限体刚度矩阵.考虑层间接触条件组装各刚度矩阵得到总刚度矩阵,并根据边界条件求解总刚度矩阵在变换域内的解.然后,进行Fourier逆变换将变换域内的解转化为物理域内的解.通过与已有文献结果的对比验证了本文理论推导的正确性,随后通过参数的变化来模拟层间接触状态的改变,并分析了面层与基层层间接触状态对路面结构动力响应的影响.计算结果表明:基、面层层间接触状况越差,路面结构的整体性耐久性越差.     

结构损伤识别的柔度灵敏度方法

 提出了结构损伤识别的柔度灵敏度方法。首先根据Neumann级数展开来推导结构柔度矩阵关于单元刚度损伤参数的灵敏度公式,以此为基础建立结构的损伤识别方程,通过矩阵拉直运算将矩阵方程转化为线性方程组来求解各单元损伤参数。指出了柔度矩阵灵敏度方法优于特征对灵敏度方法的几个显著特点。最后用一个桁架结构模型对所提方法作了验证。     

横观各向同性岩土材料应变局部化现象的有限元模拟

岩土材料的各向异性性质与其微结构紧密相关,文中考虑到内摩擦角是应力状态、组构张量及材料主方向的函数,发展了适用于横观各向同性岩土材料的修正的Drucker-Prager屈服准则.基于Cosserat连续体理论,推导了该准则的一致性映射返回算法,形成了一致性切线模量矩阵,并利用有限元软件Abaqus的用户单元子程序(UEL)进行了数值实现.通过将积分点材料强度随材料主方向及各向异性程度的变化关系与理论结果进行比较,验证了程序开发的正确性.数值算例重点分析了材料主方向和各向异性参数对结构极限承载力及破坏模式的影响,且与经典连续体的结果进行了比较.结果表明,文中方法能够较好地模拟具有横观各向同性的岩土材料的应变局部化现象.     

土体边界面模型在ABAQUS软件中的研发与验证

天然土体一般都处于偏压固结状态,存在着初始各向异性.即使是等压固结土体,在其后的偏压加载过程中,也会产生应力诱发各向异性.土体各向异性对其强度、变形及屈服面倾向都会产生影响.Wheeler弹塑性模型采用旋转硬化来描述土体的各向异性.在Wheeler模型的基础上,结合边界面理论,将Wheeler模型拓展为各向异性边界面模型.模型采用ABAQUS软件的UMAT子程序接口,通过隐式积分算法(图形返回算法)编程实现.采用本模型对高岭土三轴不排水剪切试验进行了模拟,并与试验结果作了对比验证.结果表明:模型能够合理描述具有初始各向异性土体的应力应变行为、孔压曲线及应力路径,并能反映偏压加载下的应力诱发各向异性;模型既可适用于模拟正常固结土,也适用于对中等超固结土的模拟.     

单桩基础、地基梁与框架共同作用

针对山区高层建筑常采用一柱一桩,桩端为起伏变化基岩等条件,依现行桩基规范,采用m值法确定桩周地基弹性抗力系数,计算单桩桩顶的柔度、刚度矩阵;采用有限元法建立地基与地基梁总刚度矩阵;按逐步扩大子结构分析方法,分别对单跨地基梁、上部框架结构荷载及刚度的凝聚,求得两者各在桩顶处的边界结点等效荷载、等效刚度矩阵。然后按桩、地梁、框架柱在桩顶处变形协调条件建立整体刚度矩阵。对不同桩基条件下进行具体分析。上述方法还适用于其它上部结构或下部结构。     

用分载位移法进行拱坝动力分析

本文用基于试载法的分载位移法进行拱坝动力分析,并讨论拱坝动力分析试载法中柔度矩阵的对称性质及自振特性分析等问题,指出柔度矩阵是不对称的;因而不能直接套用直接滤频法或斯托杜拉(Stodola)法计算自振特性.文中进一步证明了用直接滤频法可以得到准确的固有频率,但须经过转换才能得到准确的振型.计算实例表明,分载位移法的计算结果与有限元法的结果吻合较好.     

考虑固端内力的弹性地基梁内力计算方法

将地基梁单元细分,由弹性力学中的地基沉陷公式求得与细分后梁单元结点相对应的地基柔度矩阵,对柔度矩阵求逆得到地基刚度矩阵以形成总刚度矩阵;由梯形分布荷载作用下的梁单元固端剪力系数矩阵,建立由结点处地基集中反力求地基分布反力的关系式,形成考虑固端内力的半解析弹性地基上地基梁内力求解方法;开发程序并进行计算;结果表明,与不考虑固端内力的方法相比,该方法可修正剪力不连续的错误,并且更符合实际情况.     

高层建筑的固有振动

按多自由度系统对高层建筑作动力分析时,有以剪切变形为主和以弯曲变形为主的两种计算简图.本文针对这两种简图提出了建立刚度矩阵或柔度矩阵的串联法和柔度系数法.另外,推荐了两种解算高次代数方程的方法:葛莱茀平方根法和牛顿—秦九韶法.     

考虑固结路径影响的天然沉积土不排水剪切试验研究

针对传统等向固结剪切试验不能反映实际工程中的非等向变形和强度特性的局限,采用GDS应力路径三轴试验仪,对天然沉积结构性软黏土进行了不同固结条件下的不排水剪切试验,探讨不同应力路径对天然沉积土不排水剪切特性的影响.结果表明:相同的平均有效固结应力下土体偏压固结后剪切阶段应力-应变关系曲线的峰值强度大于等向固结的峰值强度;固结过程偏应力的存在提高了土体的总应力强度指标,当控制固结压力终值的剪应力相同时,偏压固结的强度包线相对于等向固结将平行上移;等向固结下当固结压力大于结构屈服压力时,有效应力路径与屈服面具有相似性,剪切屈服破坏后有效应力路径沿着临界状态线下滑;偏应力固结后剪切过程中有效应力路径的走向相对于等向固结发生了向右偏转.     

三维各向异性材料数值模型的计算方法

各向异性材料模型的一般计算方法需要编辑偏轴坐标系中的弹性矩阵,其推导过程十分复杂.针对这一问题,提出了一种基于FEM软件中两个坐标系(基本坐标系与辅助坐标系)的新方法.FEM软件自动转换两个坐标系的关系,因此该方法没必要编辑偏轴坐标系中的弹性矩阵,可简化各向异性模型的计算过程.计算结果很好地反映了各向异性材料的方向变化对巷道围岩应力分布的影响.     

板面为各向异性面的横观各向同性拉伸板的精化理论

基于板面为各向异性面的横观各向同性弯曲板的精化理论,对板面为各向异性面的横观各向同性拉伸板进行了分析和研究。不作任何预先假设,利用横观各向同性弹性理论和Elliott-Lodge通解,获得了由板中面上的位移和横向正应变表示的位移场和应力场。根据Lur’e方法和边界条件获得了板面受横向载荷的精化方程,略去高阶项后获得了板的近似控制微分方程。将各向同性材料常数代入到方程中,得到的精化理论与各向同性拉伸板的精化理论一致。     

基于土水特征曲线的非饱和土强度预测研究

土水特征曲线反映了非饱和土体中的基质吸力与含水量,或者饱和度之间的关系,在非饱和土的渗流、强度、扩散等诸多方面的研究都会涉及土水特征曲线的相关理论。在前人研究的基础上,分析了土水特征曲线产生滞回效应的微观机理,将基质吸力产生的负压力对应于土颗粒间所产生正应力的增量,将体积含水量引入抗剪强度增量公式。认为非饱和土的强度分为土体处在饱和状态时的强度以及由于基质吸力所引起的强度增量两个部分,提出了非饱和土的强度预测公式;并通过定义等效含水率对公式进行修正。通过选取的四种材料参数对所提出的公式进行验证,结果表明强度预测公式与实际情况吻合良好,所提公式具有一定的适用性。在此基础上较为系统地分析了基质吸力对非饱和土体强度的贡献。     

卸载对软土伸长强度的影响分析

基于Hvorslev强度理论,以卸荷前应力状态为基准,推导了软土等向卸载后,土体处于类似超压密状态时卸载土体强度与卸载前正常固结土强度之间的关系式;采用太沙基一维固结理论,编制了内嵌固结计算的修正剑桥模型程序,分析不同卸载量、不同卸载固结时间、不同卸载级数对强度的影响,从而提供了全面系统分析卸载对软土伸长强度影响的方法,计算结果与试验数据对比,表明分析方法具有良好的可信度。     

板面为各向异性面的横观各向同性弯曲板的精化理论

在板面为各向同性面的横观各向同性板精化理论的基础上,对板面为各向异性面的横观各向同性板进行了研究,并推导出其精化理论。根据横观各向同性弹性理论和Elliott-Lodge通解,在不作任何预先假设的条件下,获得了由板中面上的位移和转角表示的位移场和应力场,根据Lur’e方法和边界条件获得了板面受横向载荷的精化方程,略去高阶项后获得可直接应用的近似控制微分方程。令所有物理量与x2或x3无关,得出的精化理论分别与横观各向同性梁和各向同性梁的精化理论一致。     

横观各向同性层状饱和地基的轴对称二维Biot固结分析

从Biot基本固结方程出发,引入状态变量,构造了一组描述土体固结的等价状态变量微分方程.该方程组可利用Hankel-Laplace联合积分变换的方法进行求解,由此获得饱和土骨架位移、应力、孔隙水压力及渗流量的一般积分形式解.通过一个数值算例分析了横观各向同性层状饱和地基受荷载作用的固结性状.结果表明,固结速率随地基厚度的增加而减小,在无量纲地基厚度h>10时,其对地基固结特性的影响可略去.     

水工建筑各向异性地基极限平衡分析

通过极限平衡分析方法研究了各向异性地基稳定性问题．根据复杂岩土 材料理论与试验研究成果，采用各向异性强度准则，应用特征线理论，建立了 复杂材料极限平衡基本理论．分析塑性滑动区域应力沿滑移线变化规律，导 出了各向异性地基极限承载力公式；通过数值积分与电算，得到了承载力系 数数值解答．有关公式、图表定量地反映了地基极限承载力随各向异性程度 增高而降低．所获成果简化到各向同性材料中与许多经典理论相吻合．     

无磁场制备的磁流变弹性体的一种物理模型

假设在一定条件下,无磁场制备的磁流变弹性体中,微米量级的铁磁颗粒能形成自组装的链状结构或柱状结构,且链或柱的轴线方向在空间角内均匀分布.通过分析柱或链的应变和磁场能,在传统的成链模型的基础上,得出了相同体积比的无磁场制备和有磁场制备的磁流变弹性体的磁流变效应的比率,与文献中的实验结果基本符合.     

一维非均匀各向异性媒质传播特性的SMM分析

给出了一种用于分析一维非均匀各向异性媒质传播特性的新数值技术．该技术将原来的各向异性媒质等效成具有圆极化本征模的各向同性媒质,从而将一维非均匀各向同性媒质中的散射矩阵技术推广到各向异性媒质问题的分析当中．计算机模拟结果显示,这种新的分析技术所得的分析结果与近似方法所得的结果完全一致,