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《循環(huán)荷載作用下軟基上大圓筒結(jié)構(gòu)彈塑性有效應(yīng)力分析》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、水利學(xué)報年月第卷第期文章編號循環(huán)荷載作用下軟基上大圓筒結(jié)構(gòu)彈塑性有效應(yīng)力分析范慶來欒茂田倪宏革魯東大學(xué)巖土工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室山東煙臺大連理工大學(xué)海岸和近海工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室遼寧大連摘要采用隱式積分算法將改進(jìn)的劍橋彈塑性動力本構(gòu)模型引入大型通用有限元軟件對循環(huán)荷載作用下軟土地基與大圓筒結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)的失穩(wěn)破壞機(jī)理進(jìn)行了探討與前人的循環(huán)三軸試驗(yàn)結(jié)果比較表明該模型可以合理的模擬軟黏土在循環(huán)荷載作用下的變形孔壓累積效應(yīng)進(jìn)而基于忽略土骨架和孔隙水慣性效應(yīng)的廣義固結(jié)理論的簡化形式建立軟基上大圓筒結(jié)構(gòu)的有效應(yīng)力分析模型探討不同幅
2、值循環(huán)荷載作用下結(jié)構(gòu)的不同變形模式以及失穩(wěn)機(jī)理計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)循環(huán)荷載幅值較大時大圓筒結(jié)構(gòu)與地基耦合系統(tǒng)的瞬時位移較大而殘余變形相對較小而當(dāng)循環(huán)荷載幅值較小時大圓筒結(jié)構(gòu)與地基耦合系統(tǒng)的殘余位移相對較大關(guān)鍵詞大圓筒結(jié)構(gòu)軟土地基改進(jìn)劍橋動力本構(gòu)模型波浪循環(huán)荷載有效應(yīng)力分析隱式積分算法中圖分類號文獻(xiàn)標(biāo)識碼研究背景在港口近海以及海洋工程領(lǐng)域深埋式大圓筒碼頭防波堤與筒型基礎(chǔ)平臺等結(jié)構(gòu)通常應(yīng)用于軟土地基通過結(jié)構(gòu)與地基的嵌固作用維持穩(wěn)定性在波浪循環(huán)荷載的長期作用下大圓筒結(jié)構(gòu)與軟基耦合體系的失穩(wěn)破壞機(jī)理以及變形模式非常復(fù)雜目前
3、尚缺乏比較合理的計(jì)算與分析方法范期錦等根據(jù)長江口二期北導(dǎo)堤工程試驗(yàn)段的現(xiàn)場勘察以及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為地基土在波浪荷載作用下的強(qiáng)度軟化是導(dǎo)致該類結(jié)構(gòu)沉陷與破壞的主要原因劉海笑等通過波浪水槽試驗(yàn)探討大圓筒結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)機(jī)理認(rèn)為結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的主要原因是波浪導(dǎo)致的地基土體的強(qiáng)度軟化以及不可逆塑性變形的累積并將改進(jìn)模型引入等效線性化算法進(jìn)行了地基結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)的動力有限元分析等采用離散的彈簧阻尼體系模擬地基土對大圓筒結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)并采用雙曲線模型考慮土的動力非線性性質(zhì)通過數(shù)值計(jì)算探討了圓筒直徑埋深等因素對大圓筒式結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響
4、但是以上方法都是基于總應(yīng)力形式的非線性計(jì)算方法不能很好的考慮軟黏土在循環(huán)荷載作用下的彈塑性變形孔壓累積效應(yīng)從而不能得到合理的大圓筒結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)機(jī)理與位移模式根據(jù)等等的研究對于工程上一般所遇到的海洋土力學(xué)問題是可以不考慮廣義固結(jié)方程中的固相與液相的加速度項(xiàng)將問題簡化為擬靜力固結(jié)問題因此本文作者基于忽略土骨架和孔隙水慣性效應(yīng)的廣義固結(jié)理論的簡化形式采用等建議的改進(jìn)劍橋動力本構(gòu)模型對于軟基上大圓筒結(jié)構(gòu)物開展了有效應(yīng)力分析通過以上研究可以看出海洋軟黏土在長期循環(huán)荷載作用下的變形與強(qiáng)度特性對于軟土地基上深埋式大圓筒結(jié)構(gòu)的
5、穩(wěn)定性有著重要影響國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出了很多關(guān)于軟黏土在循環(huán)荷載作用下的動力彈塑性本構(gòu)模型其中等在修正劍橋本構(gòu)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)使之可以收稿日期基金項(xiàng)目國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目魯東大學(xué)博士科研啟動基金作者簡介范慶來男山東棲霞人博士講師主要從事巖土力學(xué)基本理論與數(shù)值分析海洋土力學(xué)等方面研究比較合理的考慮軟黏土在循環(huán)荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)而且確定本構(gòu)模型所需要的參數(shù)較少物理意義比較明確因此本文在大型通用有限元軟件平臺上通過接口的二次開發(fā)采用隱式積分算法將等提出的改進(jìn)劍橋本構(gòu)模型引入該軟件中為
6、了驗(yàn)證所采用的本構(gòu)隱式積分算法的合理性本文對等的應(yīng)變控制循環(huán)三軸試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬所得計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較吻合進(jìn)而建立了軟基上深埋式大圓筒結(jié)構(gòu)的有效應(yīng)力彈塑性計(jì)算模型探討了不同幅值循環(huán)荷載作用下大圓筒結(jié)構(gòu)的變形模式與失穩(wěn)機(jī)理以及軟土地基中的超孔壓分布本構(gòu)模型簡述修正劍橋模型是土力學(xué)中比較成熟而且應(yīng)用較為廣泛的彈塑性本構(gòu)模型在工程實(shí)踐中已積累了一定的使用經(jīng)驗(yàn)但是該模型不能模擬軟黏土在循環(huán)荷載作用下的變形與強(qiáng)度特性等對此進(jìn)行了改進(jìn)提出了適合于循環(huán)加載應(yīng)力路徑下的改進(jìn)劍橋本構(gòu)模型在該模型中初始屈服面形狀與修正劍橋
7、本構(gòu)模型相同?其中分別為平均應(yīng)力和廣義剪應(yīng)力為臨界狀態(tài)線在平面上投影直線的斜率為前期固結(jié)壓力可以作為修正劍橋模型的硬化參數(shù)當(dāng)應(yīng)力點(diǎn)位于初始屈服面上時其硬化準(zhǔn)則和流動法則分別為其中?為土的孔隙比與分別為土的壓縮指數(shù)和膨脹指數(shù)分別是前期固結(jié)壓力塑性體積應(yīng)變對時間的變化率為非負(fù)的塑性乘子為了反映循環(huán)加載條件下應(yīng)力路徑的影響假定在初始屈服面內(nèi)部存在著一個加載面等后來又把這個加載面稱為次屈服面加載面形狀與初始屈服面形狀相似如圖所示其大小可以由加載面在軸的截距確定?假定當(dāng)應(yīng)力路徑如圖中的所示時即處于彈性卸載狀態(tài)初始屈服面
8、發(fā)生收縮即圖改進(jìn)劍橋動力本構(gòu)模型其中為超固結(jié)比退化系數(shù)其具體確定方法參見文獻(xiàn)而當(dāng)應(yīng)力路徑如所示時即處于彈性加載狀態(tài)初始屈服面大小不變改進(jìn)劍橋動力本構(gòu)模型的彈性參數(shù)體積模量和剪切模量依賴于當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài)可表示為其中為土的泊松比由上述分析可見確定等提出的改進(jìn)劍橋動力本構(gòu)模型所需要的參數(shù)較少在常規(guī)修正劍橋模型參數(shù)和基礎(chǔ)上僅需要一個動力退化系數(shù)物理意義比較明確便于實(shí)用等采用該模型進(jìn)行土結(jié)構(gòu)動力相互作用分析并
