黏彈--塑性地基固結(jié)沉降有限元分析.pdf

1、流變性是許多巖土材料的重要變形特性，固結(jié)是巖土工程的基本研究課題之一。固結(jié)分析經(jīng)歷了從太沙基的一維固結(jié)、比奧固結(jié)到彈塑性固結(jié)和流變固結(jié)分析等過程。根據(jù)巖土材料的流變特性，流變固結(jié)可分為黏彈性、黏彈-塑性和黏彈-黏塑性固結(jié)等類型。黏彈性固結(jié)不考慮土的屈服特性，黏彈-黏塑性固結(jié)耦合了黏彈性和黏塑性變形特性，采用與塑性應(yīng)變率相關(guān)的塑性流動，但試驗確定其黏塑性黏性系數(shù)等參數(shù)并非易事。黏彈-塑性固結(jié)耦合了黏彈性固結(jié)和常規(guī)塑性固結(jié)二個方面，其計算包

2、括的黏彈性參數(shù)和常規(guī)的塑性參數(shù)便于確定。該模型既考慮了材料的黏彈性行為，又兼顧了固結(jié)過程中的塑性屈服特征。
　　本文針對由基本黏彈性元件組成的黏彈性和各向同性硬化、雙曲線Drucker-Prager塑性耦合的黏彈-塑性模型，考慮黏彈性應(yīng)變歷史，基于黏彈性蠕變?nèi)岫?，通過定義黏彈性等效剪切模量和等效體積模量，導(dǎo)出通用的黏彈性應(yīng)力增量遞推公式，采用黏彈性“預(yù)估”和塑性“校正”兩步算法實現(xiàn)應(yīng)力的更新，給出改進(jìn)的本構(gòu)積分完全隱式算法和計算公

3、式。通過ABAQUS所提供的UMAT材料子程序?qū)崿F(xiàn)黏彈-塑性固結(jié)有限元法計算。最后對地基的黏彈性、彈塑性和黏彈-塑性固結(jié)進(jìn)行對比分析。所做工作主要結(jié)論如下:
　　(1)把黏彈-塑性模型的應(yīng)變增量分解為黏彈性和塑性增量兩部分，考慮黏彈性應(yīng)變歷史，基于黏彈性蠕變?nèi)岫龋ㄟ^定義等效剪切模量和等效體積模量，導(dǎo)出了通用的增量迭代公式。通過黏彈性“預(yù)估”和塑性“校正”兩步算法實現(xiàn)對應(yīng)力的隱式更新，給出了修正的完全隱式算法和計算公式。無論黏彈性

4、元件串聯(lián)數(shù)目的變化，還是黏彈性Burgers模型，均無需改變計算公式或調(diào)整計算程序，實現(xiàn)了黏彈-塑性固結(jié)的統(tǒng)一算法和程序。
　　(2)計算分析表明，由于本文采用了基于黏彈性蠕變?nèi)岫鹊膽?yīng)力遞推算法和塑性完全隱式算法以及完整的計算公式，經(jīng)過二、三個迭代步，隱式迭代均可收斂，應(yīng)力點均能很好地返回到屈服面上。表明本文算法和精度能夠很好地滿足計算要求，避免了應(yīng)力飄移現(xiàn)象，為流變固結(jié)計算提供了一種有效方法。
　　(3)算例分析表明，在相