论文题目: 土体稳定性弹塑性大变形有限元分析
论文类型: 博士论文
论文专业: 固体力学
作者: 张永生
导师: 梁立孚
关键词: 描述,弹塑性大变形有限元,边坡稳定分析,地基整体稳定分析,表层抗滑稳定分析
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 土体稳定包括土坡稳定和地基稳定,是土力学的基本课题之一,是岩土工程的一个重要研究内容。传统的土体稳定分析方法极限平衡法、极限分析法虽经验丰富,但理论上缺点明显。有限单元法是一种理论体系更为严密的方法,近期基于弹塑性小变形理论的有限元强度折减系数法进行土体稳定分析在国内外受到关注,已取得了一些可观的研究成果。已有研究表明,土体失稳是局部化变形形成与发展的结果,是弹塑性大变形问题,尤其软土更表现出大位移、大应变,因此,在分析中不仅要考虑土体的材料非线性,还要引入大变形问题的几何非线性分析方法。本文对大变形研究成果进行分析总结的基础上,对土体失稳过程中弹塑性大变形的问题,采用Updated Lagrangian描述方法,建立了土体稳定分析的弹塑性大变形有限元模型,提出了坐标更新和非线性方程组线性化的方法;在土体本构模型中采用了适合进行土体稳定分析的Mohr-Coulomb准则,同时考虑了土体拉伸屈服及拉伸屈服后强度软化对土体稳定性的影响,并用Fortran语言编制了相应的计算程序,分析了复杂荷载作用下的边坡稳定、地基整体稳定和建筑物地基表层土体抗滑稳定。本文具体工作内容如下: 1.简要叙述了大变形有限元分析中用到的连续介质力学有关理论,包括物体的构形和物体运动的两种描述方法、变形梯度、应变的两种度量、变形率、三种应力张量及其相互关系、客观应力张量变化率、三种应力应变能量共轭对、虚功方程和虚功率方程。 2.推导了应力空间和应变空间表述的弹塑性小变形本构方程,明确了应变空间表述本构方程对强化材料、理想材料以及软化材料都能普遍适用。采用变形率的和分解,将应变空间表述的弹塑性小变形本构方程扩展到欧拉描述的大变形条件下率型弹塑性本构方程,为方便地利用现成的塑性理论和采用修正的拉格朗曰法(U.L)建立大变形条件下的有限元列式提供了理论依据。 3.在土体本构模型中,选用了与最大拉应力结合的Mohr-Coulomb准则屈服准则,并将土体拉伸屈服后的抗拉强度弱化为零,这对建筑物地基表层
论文目录:
第1章 绪论
1．1 选题目的和意义
1．2 土体稳定研究和应有现状
1．3 关于安全系数
1．4 土工结构失稳是弹塑性大变形问题
1．5 本文进行的研究工作
第2章 应变和应力
2．1 引言
2．2 应变
2．2．1 物体构形和运动的描述
2．2．2 变形梯度
2．2．3 格林应变张量和阿尔曼西应变张量
2．2．4 变形率
2．3 应力
2．3．1 应力的度量
2．3．2 应力张量变化率
2．3．3 静力平衡微分方程
2．3．4 虚功方程和虚功率方程
2．4 本章小结
第3章 土体弹塑性本构方程
3．1 引言
3．2 应力空间表述的弹塑性小变形本构方程
3．3 应变空间表述的弹塑性本构方程
3．4 本文涉及到的几种屈服准则
3．5 屈服函数对应力分量的偏导数
3．6 本章小结
第4章 大变形弹塑性有限元法
4．1 引言
4．2 拉格朗日描述的本构方程
4．3 有限元离散和等参元插值
4．4 应变增量分解及应变矩阵的推导
4．5 应力分解和平衡方程
4．6 非线性方程组的求解
4．7 有关土体失稳标准的判别问题
4．8 本章小结
第5章 边坡土体稳定性分析
5．1 引言
5．2 模型土坡稳定性分析
5．3 水位骤降情况下土质渠道边坡稳定性分析
5．3．1 引言
5．3．2 渗流对土体产生的静水压力和渗透力
5．3．3 模型渠坡土体稳定性分析
5．4 本章小结
第6章 地基土体稳定性分析
6．1 引言
6．2 条形基础地基稳定性分析
6．2．1 均布竖向荷载的情况
6．2．2 斜向荷载和自重情况
6．3 水闸地基整体稳定性分析
6．3．1 结构与荷载特性
6．3．2 算例分析
6．3．3 结论
6．4 倾斜荷载作用下建筑物地基的表层稳定性
6．4．1 引言
6．4．2 基础底面附近土体单元特征
6．4．3 算例分析
6．5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
发布时间: 2005-10-21
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