姜乃斌[1]2005年在《弹粘塑性饱和多孔介质动力响应的有限元分析》文中认为基于混合物理论的多孔介质模型,是在现代连续介质理性力学框架内提出的,从物理上和数学上均有很好的一致性,如今已越来越被人们所广泛采纳。由于多孔介质模型本身的复杂性,一般很难得到其动力响应的解析解,故多孔介质理论的数值求解研究已越来越受到重视。 首先,论文对多孔介质理论的发展和现状及其动力学响应的数值策略研究进行了较全面的综述。 其次,在基于混合物理论的不可压饱和多孔介质模型的基础上,对弹性饱和多孔介质动力响应的初边值问题应用拉氏变换和卷积定理,分别得到了在应力边界条件和位移边界条件下的一维波动过程的解析表达。解析表达的数值结果揭示了饱和多孔介质的多孔固体位移和有效应力以及孔隙液体的质点速度的瞬态传播过程,指出饱和多孔介质的波动过程是多孔固体和孔隙液体中以同一速度传播的两种波动的耦合过程,而孔压则不具备瞬态波动的特性。同时,时效特性分析也显示了多孔介质模型特有的表观粘弹性性质。 然后,针对基于混合物理论的不可压两相多孔介质模型,将固体骨架看作是弹塑性介质,将孔隙间的液体看作是理想流体,建立了固相骨架变形与孔隙液体流动相互耦合的弹塑性饱和多孔介质动力问题的控制场方程;利用罚参数法和Galerkin 加权残值法,推导得到了该模型的有限元基本方程,并给出了Newmark预估校正法的求解过程;编制了二维的弹塑性饱和多孔介质有限元计算程序,对动力载荷作用下的弹塑性多孔介质进行了数值分析,得到了动力载荷作用下的固体骨架的位移场、应力场、塑性区分布以及孔隙液体的速度场和孔压的变化。最后,在上述弹塑性饱和多孔介质模型的基础上,在固体骨架的本构关系中引入粘性,得到弹粘塑性饱和多孔介质模型的控制场方程;讨论了由于引入粘性造成的有限元解法与弹塑性有限元方法的不同;将弹塑性多孔介质有限元计算程序改编为弹粘塑性有限元程序,并对一些岩土工程问题进行了数值分析,得到了很好的结果,展示了饱和多孔介质模型的动力响应特点及弹粘塑性固体骨架的率相关性,分析了渗透系数对时间步长的影响。
陆春华[2]2004年在《液饱和多孔介质动力响应的弹塑性有限元分析》文中指出基于混合物理论的多孔介质理论,由于是在连续介质理性力学框架内提出的,因此从物理上和数学上均有很好的一致性,如今已越来越被人们所广泛接受。而在液饱和多孔介质动力响应问题上,有限元数值分析方法已日益成为其研究的重要手段。论文首先较系统的回顾了液饱和两相多孔介质的发展历程和现状,并概述了两相多孔介质其动力响应的有限元数值分析研究现状。然后针对基于混合物理论的两相多孔介质模型,将固体骨架看作是各向同性介质,将孔隙间的液体看作是理想流体,建立了固相骨架变形与液相流体流动相互耦合的动力问题控制场方程。并利用拉普拉斯变换技术,得到了液饱和两相多孔介质一维问题的动力响应解析解。同时采用Galerkin加权残值法导出液饱和两相多孔介质动力响应问题的罚有限元公式,通过在连续方程中引入压力与罚参数之比项,消去控制方程中的压力项,降低了节点自由度和方程的规模。并编制的二维线弹性有限元分析计算程序,计算了液饱和两相多孔介质分别在周期载荷和阶跃载荷作用下的动力响应情况,同时把有限元结果与其相应的一维解析解进行了对比,发现两者的结果是基本一致的,证明了方法和程序的正确性。由于实际工程中,许多多孔介质材料均需视为非线性材料处理,因此其固相骨架代线弹性假设此时已不能满足要求。论文采用关联流动法则,把固相骨架的本构关系由线弹性本构进一步发展成为弹塑性本构,并推导出了液饱和两相多孔介质的弹塑性动力有限元基本方程。同时还给出了运用Newmark隐式积分法求解的适合于两相多孔介质的非线性迭代过程。然后利用Fortran编写了液饱和两相多孔介质弹塑性动力有限元程序,该程序可以处理平面应力、平面应变和轴对称等问题。最后利用自编的该弹塑性有限元程序分别计算了液饱和多孔介质受撞击载荷作用下的一维动力响应问题和阶跃载荷作用下的二维多孔介质体的沉降问题两个算例,得到了较好的结果。
陈松[3]2007年在《不同屈服准则下的弹粘塑性多孔介质的动力学响应》文中进行了进一步梳理基于混合物理论的多孔介质理论,由于是在连续介质理性力学框架内提出的,因此从物理上和数学上均有很好的一致性,如今已越来越被人们所广泛接受。而在液饱和多孔介质动力响应问题上,有限元数值分析方法已日益成为其研究的重要手段。论文首先较系统的回顾了液饱和两相多孔介质的发展历程和现状,并概述了两相多孔介质其动力响应的有限元数值分析研究现状。然后针对基于混合物理论的两相多孔介质模型,将固体骨架看作是各向同性介质,将孔隙间的液体看作是理想流体,建立了固相骨架变形与液相流体流动相互耦合的动力问题控制场方程。并利用拉普拉斯变换技术,得到了液饱和两相多孔介质一维问题的动力响应解析解。进一步将固体骨架看作是弹塑性介质,采用Galerkin加权残值法导出液饱和两相多孔介质动力响应问题的罚有限元公式,通过在连续方程中引入压力与罚参数之比项,消去控制方程中的压力项,降低了节点自由度和方程的规模。并给出了Newmark预估校正法的求解过程,编制的二维弹塑性有限元分析计算程序,并对饱水地基的动力响应进行了有限元分析,指出了弹塑性多孔介质动力响应的一些特点。最后,在弹塑性饱和多孔介质模型的基础上,在固体骨架的本构关系中引入粘性,得到弹粘塑性饱和多孔介质模型的控制场方程;并且为了下一步饱和多孔介质的动态应变局部化的研究,讨论了算法,最后选择Hughes隐式-显式的求解算法并给出了求解过程,编制了二维弹粘塑性有限元分析计算程序。对一些岩土工程问题进行了数值分析,得到了很好的结果,展示了饱和多孔介质模型的动力响应弹粘塑性的一些特点。
周世良[4]2005年在《格栅加筋土挡墙结构特性及破坏机理研究》文中认为加筋土挡墙是由面板、填料、筋材等组成的复合结构,近年来已广泛应用于公路、水运、水利、铁路等各类土建工程的支挡结构中,取得了极为广泛的经济效益、社会效益和环境效益。对于加筋土挡墙结构特性和破坏机理的研究,各组成成分各自的工程力学特性以及它们在不同工况下的相互作用特征研究是关键。尽管各国工程界和学术界不断通过各种手段,开展了大量的研究工作,但这些关键问题远没有被研究清楚,有的甚至还十分模糊。加筋土挡墙传统的分析方法建立在加筋土体极限平衡理论基础上,无法将结构的强度和变形统一考虑,无法计算面板位移和填土沉降等。70年代后期才开始的加筋土结构有限元分析将结构变形协调与力的平衡结合起来,使某些复杂的性质及过程的模拟成为可能,但至今为止加筋土挡墙结构特性的数值分析研究仍处于初期阶段,如考虑动力荷载作用较少,一般都不考虑水的作用,或仅将水作为一种外部荷载以静止水压力的形式作用在结构上。由于理论上的缺陷,在目前的加筋土挡墙结构设计中,同样没有考虑动荷载及水与筋土复合体的相互作用,使加筋土挡墙在工程应用中出现种种问题,如变形过大,甚至破坏。工程中的土体通常以饱和或非饱和状态存在,是固-液-气多相复合体,是一种典型的多孔介质。土体颗粒组成的孔隙结构构成可变形骨架,以变形为其运动学特征;流体充满互相连通的孔隙,以流动为特征。因此,实际的岩土工程问题都是典型的流固耦合问题。然而将土体视为多孔介质,利用混合物理论、多场耦合理论对加筋土挡墙的结构特性及破坏机理的研究到目前为止尚未开展,这必然会影响加筋土理论的进一步发展和加筋土技术的推广应用。本文在分析加筋土挡墙国内外研究动态及两相多孔介质流固耦合作用分析中所取得的研究成果的基础上,采用理论分析、现场试验、模型试验和数值模拟方法,开展台阶式格栅加筋土挡墙结构特性和破坏机理研究。论文的主要工作和结论如下:⑴对加筋土理论研究中普遍关心的筋—土相互作用机制和加筋土的分析理论等问题的研究成果进行了回顾;对加筋土挡墙结构稳定性分析的主要内容及主要的分析方法进行了分析比较;根据土工格栅加筋土挡墙的结构特点,对其进行了强度特性分析,提出了土工格栅不仅可以提高加筋土体的内聚力而且可以增大其内摩擦角的重要概念,在此基础上进行了理论分析和推导,得到了土工格栅加筋土挡墙拉断破坏和粘着破坏时的承载力。⑵阐明了影响加筋土挡墙结构特性的主要因素。分析讨论了土体的变形特性
杨腾[5]2014年在《饱和土—地下结构非线性地震反应分析》文中认为研究土-结构动力相互作用问题需要考虑波动能量向无限域地基的传播。自然界中饱和土由固体骨架和填充于空隙中的流体组成。在动力荷载下,固相与液相之间存在动力相互作用,因此同单相固体介质相比,按照饱和多孔介质的特性分析地基土更加合理。由于饱和多孔介质波动理论比较复杂,对于饱和多孔介质动力响应解析解的研究大多都仅局限于简单的边界情况。对于复杂的几何形状以及考虑近场区域介质的非均匀和非线性时,分析无限或半无限空间的时域动力问题通常采用有限元模型的数值方法进行分析,此时采用的有限域为了反映无约束域能量辐射效应影响,需引入虚拟的人工边界条件。不同的人工边界对模拟精度的影响较大。本文采用有限元分析方法,将结构周围的土体视为固-液二相介质,对地下结构地震反应进行数值模拟。总结了地下结构地震响应的一些规律。论文主要包括以下内容：(1)研究了考虑双相介质的人工边界,建立自由场模型,与广义解析解比较,分析了采用固定边界、粘性边界及粘弹性边界对计算的结果精度的影响,验证了粘弹性边界条件。(2)将输入地震动场转化为施加在人工边界节点上的等效荷载,采用辅助计算程序计算,实现了节点荷载在有限元软件上的施加,并建立二维自由场模型,分析了不同地震波作用下自由场的地震响应,比较了采用单相介质和双相介质模型进行计算的结果。(3)根据实际地铁车站工程,建立了地铁车站结构的二维有限元模型。对比分析了考虑饱和土情况下和采用单相介质土情况下地铁车站结构在水平地震作用下的地震反应,同振动台试验进行比较,分析地铁车站相应的内力分布规律及土动力反应,讨论了横向地震输入下车站结构的最不利位置和抗震措施。
郑红娟[6]2008年在《高填方饱和地基土强夯处理数值模拟研究》文中认为强夯作为一种经济、有效的地基加固方法,正被越来越广泛的应用于社会基础设施建设,其应用范围也越来越多的涉及到高填方饱和地基土的加固。迄今为止,已经有很多高填方饱和地基土强夯成功的实践经验,但这方面的理论研究却一直滞后于工程实践,目前强夯的设计还主要依靠经验和强夯试验。为了进一步推动强夯理论及应用研究的发展,本文在综合分析国内外有关饱和地基土强夯加固研究资料的基础上,考虑了强夯作用下饱和土的流固耦合特性、材料非线性和几何非线性,利用基于混合物理论的多孔介质模型,推导出有限元动力平衡方程,并把强夯冲击瞬态荷载转换为叁角形荷载,编制了弹塑性有限元动力分析程序,计算出强夯过程各时刻土体的位移、应力、孔压、流速等数据,运用Tecplot和Excel软件把数据处理成图片和动画,分析强夯动力荷载多次作用下地基土复杂的细观力学行为和宏观变形特征,进而探讨应用强夯数值模拟方法确定施工参数的可能性,如:根据孔隙水压力增量随夯击次数的变化情况确定强夯的最佳夯击次数;根据沿深度方向的竖向变形确定土体的有效加固深度;根据沿水平方向的竖向变形确定强夯的加固范围等,拟为强夯设计和加固效果评价提供有力的依据。
周新民[7]2006年在《准饱和土波动特性及动力响应研究》文中进行了进一步梳理土介质中的波动理论是土动力学研究领域的一个重要分支，已成为土木工程、地震工程及地球物理等领域的重要基础性研究课题。本文基于叁相介质动力控制方程，对准饱和土中波的传播特性及动力响应问题作了深入、全面系统的研究。 文中首先从微观视角对准饱和土微观各相的性质进行了全面分析，包括土动力学研究中最为关心的土颗粒大小分布、刚度、质量密度和阻尼以及饱和度等影响因素，重点讨论了气体的动力特性，分析了准饱和土中气体的形态及分布特征，气体压缩对流体压缩性以及准饱和土体体变的重要影响，以及气泡振动对周围液体及多孔介质波动特性的影响，基于准饱和土微观动力特性提出了准饱和土简化模型并对其合理性进行了评价。对叁相介质准饱和土波动方程进行了详细推导和系统分析，对比了Biot理论和混合物波动理论的一致性及主要区别所在，提出了准饱和土波动特性研究的叁相介质动力控制方程，对波动理论适用土体的范围进行了讨论，重点分析了土体渗透性及孔隙尺寸分布特征的影响。 基于叁相介质准饱和土波动理论，采用数值方法研究了准饱和土中叁种体波(第一P波，第二P波和S波)的传播特性，考虑孔隙率与土骨架刚度的相关关系，全面分析了孔隙率、饱和度、频率和泊松比等对准饱和土中各体波传播和衰减的综合影响，应用前人试验结论对研究结果进行了验证，分析了准饱和土与饱和土、气饱和土中波的传播特性的异同。 基于叁相介质准饱和土波动理论，考虑土颗粒和孔隙流体的压缩及流体的粘滞性，首次对准饱和土中瑞利波的传播特性进行了全面系统的研究，考察了边界透水条件的影响，编制程序进行了详细的数值计算工作，分析了饱和度、频率、渗透性以及泊松比与瑞利波的传播速度、位移分布规律、各组成波能量比以及粒子运动轨迹之间的相互影响关系。在此基础上分析了与饱和土中瑞利波传播特性的不同之处，研究发现瑞利波主要反映剪切波特性，受饱和度的影响不大，介于压缩波和剪切波之间。 基于叁相介质准饱和土波动理论，首次全面对地表透水与不透水两种边界条件下弹性体波入射准饱和半空间动力响应进行深入研究，通过数值算例系统分析了动力响应随入射角的变化，各模式波能量在地表面的分配以及SV波入射时地表粒子的运动轨迹问题，并考虑了饱和度、频率、泊松比和模量比等的影响，重点分析了饱和度引起的入射波的波型转换问题，并与实测地震响应进行了对比。 基于叁相介质准饱和土动力控制方程，在Laplace变换域内推导了准饱和土中圆柱形空腔内边界上作用轴对称荷载和流体压力条件下动力响应的解答，利用Laplace数值逆变换得到了时间域中的结果，进而通过数值算例，详细对比分析了饱和度，加载时间，加载形式以及边界透水条件等因素对空腔的位移，应力等动力响应的影响，并利用轴对称流体压力作用下的动力响应结果首次尝试在理论
林枫[8]2007年在《软土地铁区间隧道结构抗爆承载能力的研究》文中提出我国许多大城市如北京、天津、上海、广州和重庆等已在大规模兴建轨道交通,并多已初步形成较为便捷的轨道交通网络。其中天津、上海、广州等的地铁在市区多为穿行于软土隧道中的地铁线路。我国以往建造的人防工程大多以预防核打击为目标进行设计,而地铁区间隧道因具有较强的抵御核爆炸冲击波的能力,在城市人防工程体系规划中常将其作为战时人员疏散的通道。然而在现代战争中,命中率高、破坏力强的高技术常规武器装备常起主导作用,其打击目标多为有战略意义的军事设施和生命线工程,城市地铁区间隧道一般虽不是直接打击的对象,但当其与重要建、构筑物相邻时,仍可因重要建筑物遭受常规武器袭击而危及其安全性,因而仍有必要对其研究在这种情况下抵御常规武器侵袭的能力。软土地层自身对常规武器爆炸的抵抗能力大大弱于岩石地层,故在当前形势下对上述课题的典型情况,即邻近目标遭遇常规武器侵袭时,软土地铁区间隧道的防护能力开展研究,不仅有理论意义,而且对这类城市地下铁道的兴建同时兼顾发挥人防功能有指导价值。本文进行的研究工作主要包括:(1)对上海地铁区间隧道穿越的主要地层进行动力特性试验,以确定其动力本构模型及其参数,并将其应用于分析爆炸冲击波荷载作用下,软土地铁区间隧道的动力响应。(2)弹药在土中爆炸时爆炸冲击波的传播规律,以及爆炸冲击波荷载作用下软土地铁区间隧道结构动力响应的分析理论、计算与方法。(3)爆炸冲击波荷载作用下,软土地铁区间隧道管片结构动力响应计算中,隧道管片接头性态的模拟技术。(4)爆炸冲击波荷载作用下,典型软土地铁区间隧道的抗爆承载能力。(5)在满足预定战技要求的前提下,爆心离相邻隧道外缘的安全距离及其影响因素。最后,对全文的研究工作进行了总结,并对后续的研究工作进行了展望。
常晁瑜[9]2016年在《地下水对地表地震动参数的影响研究》文中研究说明场地条件对震害以及地震动参数影响的研究一直是地质工程抗震研究的热点问题之一。地下水作为重要的场地条件之一,已经被震害调查结果证明对烈度和地震动参数有重要影响。由于地下水位以下的土层应视为两相介质,对其模拟有一定的复杂性,因此,地下水对地震动参数影响的研究尚处在发展阶段。本文基于已有的研究成果,对比了几种现有的两相介质波动模型,并将Biot模型引入了土层地震反应分析中,给出了一种可以考虑两相介质的土层地震反应分析方法,并利用响嘡叁维台阵的记录进行了对比验证。利用本文的分析程序,分别计算了地下水的存在和地下水埋深对峰值加速度、反应谱平台值和反应谱特征周期等地震动参数的影响,得到了一些有意义的结论。本文主要完成了如下工作:1、阐述了地下水对烈度和地震动参数影响的研究现状,介绍了两相介质波动数值模拟的研究进展。对比分析了4种两相介质波动模型,总结了它们各自的优缺点及适用性。2、基于Biot两相介质波动方程,利用交错网格差分方法对Biot波动方程进行了离散,导出了数值模拟需要的差分格式,并编写了用于计算两相介质土层地震反应的程序。利用该程序计算了响嘡台阵3#测井的土层地震反应,通过与实际强震记录的对比,验证了该程序的合理性。3、利用本文计算程序,分别计算分析了地下水存在和地下水埋深对峰值加速度、反应谱平台值和反应谱特征周期等地震动参数的影响,得到了一些有意义的结论。
周浩洋[10]2005年在《波传播的单位分解有限元法》文中研究说明弹性波传播问题的研究在许多科学和技术领域都有着广泛的应用。例如:通过研究弹性波传播中的衍射现象来解释和研究结构中的动应力集中问题:通过研究真实或人工地震产生的波动以了解地球的内部结构;通过研究地下间断的反射波可以大概地知道可能含油的地层;对材料和结构进行无损探伤;在土木工程领域对地基和地下建筑进行强度和结构分析;在医学上对人体物理信息探测所使用的最普遍的B超和CT等等都与弹性波传播理论有着密切的关系。 有限单元法是求解波传播问题的主要数值方法之一。虽然它有很多优点,并成功地模拟了很多波传播问题,但同样存在许多不足之处。事实上,Zienkiewicz把短波问题的数值模拟视为有限元法尚未解决的两个主要问题之一。例如,为使结果达到可接受的程度,一般说来低阶的有限单元每个波长需要至少布置10个节点。由此导致计算时需要的内存较大,耗时较多,计算效率低下。并且,低阶的有限单元有比较严重的频散特性,高阶的有限单元则可能产生虚假的波动。单位分解有限元法(PUFEM)是近十年来发展起来的数值方法,它使得有限元插值空间中可以包含所求问题解的已知解析信息。因此它可以胜任许多传统有限元方法不能处理得很好或者需要非常大计算量的问题。 本文首先回顾了PUFEM的理论基础和现有工作,然后针对传统有限元法模拟短波传播问题的严重局限性,利用PUFEM插值空间中可包含所求问题解的已知信息的特点,主要进行了以下工作:1.首次发展了一种用于瞬态弹性波传播数值模拟的单位分解有限元模型,有限元空间由形成单位分解的标准有限单元形函数乘以定义为局部子空间基函数的简谐振荡形函数构成。2.针对PUFEM单元矩阵中的被积函数具有强烈的振荡特性,应用直角坐标下的标准有限元形函数和单元内的波动方向知识提出了一种新的单元矩阵解析积分方案。3.将PUFEM应用于反平面剪切波的传播和散射问题中。对已知波传播方向时单位分解有限元如何选择局部子空间中的波数k给出了建议。4.在Zienkiewicz和Shiomi的用于高速动力过程分析的饱和多孔介质广义Biot理论u-U公式的基础上,推导和建立了基于PUFEM的饱和多孔介质动力问题的离散方程。5.在大型通用有限元分析程序LAGAMINE的框架下,编制了用于二维波传播数值模拟的PUFEM程序。数值例题显示在相同精度下,PUFEM的计算效率明显高于传统的有限元法。解析积分在计算效率上也比高斯—勒让德数值积分有大幅度的提高。各章的内容安排如下: 第一章首先对有限差分法、伪谱法、有限元法、无限元法、边界元法、谱单元法和格子法等各种用于波传播的数值方法做了简单的回顾,接下来着重介绍了以单位分
参考文献：
[1]. 弹粘塑性饱和多孔介质动力响应的有限元分析[D]. 姜乃斌. 重庆大学. 2005
[2]. 液饱和多孔介质动力响应的弹塑性有限元分析[D]. 陆春华. 重庆大学. 2004
[3]. 不同屈服准则下的弹粘塑性多孔介质的动力学响应[D]. 陈松. 重庆大学. 2007
[4]. 格栅加筋土挡墙结构特性及破坏机理研究[D]. 周世良. 重庆大学. 2005
[5]. 饱和土—地下结构非线性地震反应分析[D]. 杨腾. 福州大学. 2014
[6]. 高填方饱和地基土强夯处理数值模拟研究[D]. 郑红娟. 重庆交通大学. 2008
[7]. 准饱和土波动特性及动力响应研究[D]. 周新民. 浙江大学. 2006
[8]. 软土地铁区间隧道结构抗爆承载能力的研究[D]. 林枫. 同济大学. 2007
[9]. 地下水对地表地震动参数的影响研究[D]. 常晁瑜. 防灾科技学院. 2016
[10]. 波传播的单位分解有限元法[D]. 周浩洋. 大连理工大学. 2005