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、筋材等組成的復合結構，近年來已廣泛應用于公路、水運、水利、鐵路等各類土建工程的支擋結構中，取得了極為廣泛的經濟效益、社會效益和環(huán)境效益。盡管如此，目前關于土工加筋結構的工作機理尚未得到清楚的認識，設計理論與方法還遠遠落后于工程實踐，缺乏嚴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出比較明顯的蠕變特性粘性效應。然而考慮加筋材料的蠕變

2、特性，土工加筋結構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構作為研究對象，通過復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，這樣對加筋土數值計算帶來方便。通過這種復合材料的方法，可以把格柵的蠕變特性通過轉化為筋土復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外研究動態(tài)所取得的研究成果的基礎上

3、，采用理論分析和數值模擬方法，開展格柵加筋土擋墻結構特性和破壞機理研究。論文的主要工作和結論如下： (1)對加筋土理論研究中普遍關心的筋-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；對加筋土擋墻結構穩(wěn)定性分析的主要內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方程及力學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模型；基于不同屈服準則，推導了用于數值分析的土體彈塑性本構矩陣。根據格柵加筋土擋墻的結構特點引入了“應變相容”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；然后基于復合材料理論和自洽方法導出了筋土復合材料的彈性矩陣；最后分析了筋土復合材料變形和破壞過程，推導了

5、能同時適用于筋土復合材料變形和破壞過程的前三個階段的屈服準則。 (4)根據土體及筋土復合材料本構模型，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值分析程序，對臺階式加筋土擋墻進行了分析。數值分析全面地反映了加筋土擋墻的位移、應力、筋帶拉力及塑性區(qū)的分布和變化規(guī)律，結果吻合較好，證明了本文數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關系的分析，基于第四章介紹的復合材料理論，推導出加筋土的蠕變本構關系，