格柵加筋土擋墻彈粘塑性動力有限元分析.pdf

1、加筋土擋墻是由面板、填料、筋材等組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，近年來已廣泛應(yīng)用于公路、水運、水利、鐵路等各類土建工程的支擋結(jié)構(gòu)中，取得了極為廣泛的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。盡管如此，目前關(guān)于土工加筋結(jié)構(gòu)的工作機理尚未得到清楚的認識，設(shè)計理論與方法還遠遠落后于工程實踐，缺乏嚴(yán)密的分析理論與計算方法。另外，作為高分子聚合物的合成材料，各種土工合成材料在一定的環(huán)境溫度條件下和在拉力的長期作用下往往表現(xiàn)出比較明顯的蠕變特性粘性效應(yīng)。然而考慮加筋材料的蠕變

2、特性，土工加筋結(jié)構(gòu)的長期變形特性及其工作機理更缺乏系統(tǒng)而深入的探討。 因此，本文以格柵加筋土擋墻這種結(jié)構(gòu)作為研究對象，通過復(fù)合材料理論中的自洽理論，把格柵和一定厚度的土體視為復(fù)合材料，不考慮土工格柵與土體的相互滑移，從而也解決了筋材無厚度問題，這樣對加筋土數(shù)值計算帶來方便。通過這種復(fù)合材料的方法，可以把格柵的蠕變特性通過轉(zhuǎn)化為筋土復(fù)合材料彈粘塑性問題來進行分析。 本文在分析加筋土擋墻國內(nèi)外研究動態(tài)所取得的研究成果的基礎(chǔ)上

3、，采用理論分析和數(shù)值模擬方法，開展格柵加筋土擋墻結(jié)構(gòu)特性和破壞機理研究。論文的主要工作和結(jié)論如下： (1)對加筋土理論研究中普遍關(guān)心的筋-土相互作用機制和加筋土的分析理論等問題的研究成果進行了回顧：對加筋土擋墻破壞模式進行了分析；對加筋土擋墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的主要內(nèi)容及主要的分析方法進行了分析比較(2)通過對材料的流變理論介紹，對土和土工格柵的流變本構(gòu)方程及力學(xué)模型中常用的線性粘彈塑性模型理論進行討論，并對土和土工格柵的粘彈性、粘

4、塑性以及粘彈塑性三種非線性流變特性進行分析，進而對土和土工格柵非線性蠕變變形的類型進行說明，最后討論流變問題求解方法。 (3)分析討論了土體彈塑性本構(gòu)模型；基于不同屈服準(zhǔn)則，推導(dǎo)了用于數(shù)值分析的土體彈塑性本構(gòu)矩陣。根據(jù)格柵加筋土擋墻的結(jié)構(gòu)特點引入了“應(yīng)變相容”的基本概念，作為格柵加筋土擋墻強度分析中筋-土相互作用的模型和基礎(chǔ)；然后基于復(fù)合材料理論和自洽方法導(dǎo)出了筋土復(fù)合材料的彈性矩陣；最后分析了筋土復(fù)合材料變形和破壞過程，推導(dǎo)了

5、能同時適用于筋土復(fù)合材料變形和破壞過程的前三個階段的屈服準(zhǔn)則。 (4)根據(jù)土體及筋土復(fù)合材料本構(gòu)模型，編制了適用于平面問題和軸對稱問題的彈塑性有限元動力數(shù)值分析程序，對臺階式加筋土擋墻進行了分析。數(shù)值分析全面地反映了加筋土擋墻的位移、應(yīng)力、筋帶拉力及塑性區(qū)的分布和變化規(guī)律，結(jié)果吻合較好，證明了本文數(shù)值分析方法的正確性和可靠性。 (5)通過對土工格柵和土蠕變本構(gòu)關(guān)系的分析，基于第四章介紹的復(fù)合材料理論，推導(dǎo)出加筋土的蠕變本構(gòu)關(guān)系，