岩土应变局部化的有限单元理论与应用

论文题目: 岩土应变局部化的有限单元理论与应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 水工结构工程

作者: 刘金龙

导师: 陈胜宏

关键词: 应变局部化,分岔,弹粘塑性,内嵌局部软化带

文献来源: 武汉大学

发表年度: 2005

论文摘要: 局部化变形分岔现象,系指存在于非均质材料在变形过程中,所产生的局部区域非连续变形而导致材料内形成与带外相比剧烈变形的一条带状区域的现象。这条带状区域则被称为局部化剪切带。局部化变形分岔现象广泛存在于自然界中的各类固体非均质材料中,如金属材料、复合材料和地质材料等。 当前国内外一般采用有限变形理论、非关联流动理论、超弹性理论及梯度理论分析岩土结构的局部化变形分岔现象。本文从数学、固体力学以及岩土类介质材料力学各方面简要阐释了前述理论,并通过分析岩土工程中的以滑动面和剪切带形式存在的局部化变形分岔现象,探讨分岔行为产生的机理,从而指出前述理论对于分析岩土失稳过程中剪切带由韧性逐渐转化为脆性直至最后发生破坏的全过程的局限性。 水利水电工程中的坝体、堤防、基础开挖以及边坡处理等岩土力学相关的问题,都需要建立数值模型以便较准确地模拟它们的破坏以及破坏后的情况。由于相关结构的破坏通常伴随着局部剧烈变形区的形成,我们知道,局部化变形是材料和结构失稳与破坏的先兆,因此对局部化带的形成过程进行数值模拟,可以了解结构中局部化的形成原因、结构的破坏过程、破坏形态和安全储备等,从而为工程师采取相应的工程设计措施提供充分的信息。 目前,对于水利水电工程中的岩土结构,常用的破坏机理与安全度评估的方法主要分为两大类: (1) 极限平衡法 该方法基于局部化思想,通过预先给定可能滑动面来检验结构的破坏机理。其优势在于使用简单,有着明确的力学假定,在几何结构和加载条件不复杂的情况下能得到合理的结果。但在应用中,必须事先定义不连续面,而且方法本身不能连续地描述结构变形过程,特别是不连续面的软化效应,同时其很难处理几何形状复杂的结构。因此,极限平衡法仅局限于简单结构的稳定分析中。 (2) 有限单元法

论文目录:

摘要

SUMMARY

引言

第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 岩土类介质中局部化变形分岔现象

1.3 模拟岩土类介质中局部化的计算模型与数值方法评述

1.4 本文研究的主要内容

1.5 本章小结

第二章 局部化变形分岔分析理论与分岔准则

2.1 前言

2.2 局部化变形分岔分析理论

2.3 弹塑性基本理论

2.4 局部化变形分岔准则

2.5 材料失稳与分岔模式

2.6 本章小结

第三章 岩土类介质中模拟局部化变形的有限单元法

3.1 前言

3.2 有限元模拟岩土类介质局部化变形存在的基本困难

3.3 岩土类介质中应变局部化的有限元模型的研究与应用

3.4 不连续形函数法有限元格式

3.5 本章小结

第四章 岩土类介质中应变局部化的简化计算

4.1 前言

4.2 有限元弹粘塑性理论

4.3 局部化分岔条件在有限单元法中的实现

4.4 有限元的 SSOR-PCG解法

4.5 应变局部化简化算法有限元实现的流程图

4.6 边坡稳定分析中的有限元计算

4.7 算例考核

4.8 本章小结

第五章 内嵌局部软化带模型的建立以及有限元实现

5.1 前言

5.2 强不连续法理论

5.3 内嵌局部软化带模型

5.4 有限元平衡方程

5.5 局部化带扩展分析

5.6 数值算例分析

5.7 本章小结

第六章 内嵌局部软化带模型在边坡稳定分析中的应用

6.1 前言

6.2 边坡稳定分析中的传统分析方法

6.3 内嵌局部软化带模型在土质边坡中的应用

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 本文的主要研究成果

7.2 研究工作的展望

附录

主要参考文献

博士学习期间发表的论文

博士学习期间参加的主要科研项目

致谢

《岩土力学》校稿通知单

稿件初步录用通知

发布时间: 2006-03-27

参考文献

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• [2].基于Cosserat连续体模型的应变局部化有限元模拟[D]. 唐洪祥.大连理工大学2007
• [3].基于离散元模拟的岩土力学性能研究及应变局部化理论分析[D]. 秦建敏.大连理工大学2007
• [4].基于统一强度理论的土体应变局部化预测研究[D]. 马青.长安大学2013
• [5].含液多孔介质中失稳现象理论研究及应变局部化的有限元—无网格耦合方法[D]. 张俊波.大连理工大学2009
• [6].基于全表面测量的三轴土样剪切破坏过程研究[D]. 刘港.大连理工大学2017
• [7].三维微观孔隙结构与岩石变形机制及输运特性[D]. 汲云涛.中国地震局地质研究所2013

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• [8].岩土介质应变局部化问题的广义塑性梯度理论研究[D]. 赵冰.西安理工大学2006
• [9].基于Cosserat连续体模型的应变局部化有限元模拟[D]. 唐洪祥.大连理工大学2007
• [10].基于离散元模拟的岩土力学性能研究及应变局部化理论分析[D]. 秦建敏.大连理工大学2007

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