庫(kù)水循環(huán)加卸載條件的數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法及應(yīng)用.pdf

1、國(guó)內(nèi)外大量實(shí)例統(tǒng)計(jì)顯示:水庫(kù)庫(kù)岸邊坡失穩(wěn)并非發(fā)生在第一次蓄水或降水時(shí)期,而是庫(kù)水循環(huán)加卸載作用下,岸坡土體不斷變形直至失穩(wěn)。長(zhǎng)江三峽庫(kù)水水位每年在175m與145m之間進(jìn)行周期性調(diào)節(jié),這也導(dǎo)致部分古滑體的復(fù)活和新滑體的產(chǎn)生。近幾年統(tǒng)計(jì)資料顯示,庫(kù)區(qū)的很多滑坡隨著庫(kù)水位波動(dòng)發(fā)生不同程度的階梯式變形。由此可見(jiàn),庫(kù)水位周期性變動(dòng)作用下,水分的滲入或滲出必將造成岸坡土體孔隙壓力和有效應(yīng)力的周期性卸載或加載,從而引起土體的變形。
　　傳統(tǒng)的

2、土體彈塑性本構(gòu)模型,考慮屈服面以內(nèi)是彈性區(qū)域,任何應(yīng)力條件下只產(chǎn)生彈性變形,現(xiàn)有邊界面等模型可以描述循環(huán)荷載作用下土體變形,但是參數(shù)較多,并且其中很多參數(shù)物理意義不明確等缺陷導(dǎo)致其在巖土工程方面應(yīng)用不宜推廣。由姚仰平提出的統(tǒng)一硬化模型(UH模型)能夠反映土在循環(huán)荷載下應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律,并且參數(shù)同修正劍橋模型(MCC),可通過(guò)常規(guī)實(shí)驗(yàn)得到;可以描述循環(huán)加卸載條件下的土體的變形特征。本文基于現(xiàn)有研究成果,對(duì)能夠反映循環(huán)加卸載條件的UH模型進(jìn)行

3、UMAT二次開(kāi)發(fā),通過(guò)模擬不排水三軸和單循環(huán)三軸以及特殊應(yīng)力路徑下飽和土三軸實(shí)驗(yàn),說(shuō)明開(kāi)發(fā)程序的效率以及正確性,最后通過(guò)三峽庫(kù)區(qū)白鶴坪崩滑體的模擬說(shuō)明程序在工程方面的應(yīng)用。主要的研究?jī)?nèi)容與成果有:
　　1)結(jié)合統(tǒng)一硬化模型中應(yīng)力路徑無(wú)關(guān)的統(tǒng)一硬化參數(shù)和土體剪脹方程,分析塑性體積應(yīng)變對(duì)硬化參數(shù)的影響,并通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果確定統(tǒng)一硬化參數(shù)的表達(dá)式,推導(dǎo)統(tǒng)一硬化模型應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)方程。
　　2)通過(guò)三種有限元算法的對(duì)比,始點(diǎn)剛度法和

4、中點(diǎn)剛度法對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的判斷滯后,計(jì)算精度稍差;增加了判斷當(dāng)前應(yīng)力狀態(tài)是否為加卸載狀態(tài)的帶誤差控制的改進(jìn)Euler算法計(jì)算更加高效。通過(guò)對(duì)統(tǒng)一硬化模型應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、屈服面、流動(dòng)法則和硬化規(guī)律的推導(dǎo),求解出相應(yīng)的誤差控制方程和應(yīng)力應(yīng)變矩陣,得到一致切線模量和雅克比矩陣的表達(dá)形式。
　　3)針對(duì)一個(gè)單元進(jìn)行不排水靜三軸和單循環(huán)三軸的模擬,模擬條件及參數(shù)同范慶來(lái)等,并將模擬成果進(jìn)行比較,二者所得曲線趨勢(shì)相同;將計(jì)算結(jié)果與 FLAC3D中

5、相同條件下MCC模型的應(yīng)力結(jié)果對(duì)比,兩者比較接近,說(shuō)明開(kāi)發(fā)的UMAT子程序通過(guò)了單元測(cè)試。
　　針對(duì)課題組所做特殊路徑下飽和土三軸循環(huán)加卸載實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果的比較,結(jié)果比較吻合,再次證明開(kāi)發(fā) UMAT子程序的正確性,同時(shí)說(shuō)明了隨時(shí)間變化應(yīng)當(dāng)考慮土體作為一種特殊材料的損傷變形。
　　4)通過(guò)對(duì)三峽庫(kù)區(qū)白鶴坪崩滑體進(jìn)行變形模擬分析,并對(duì)比庫(kù)區(qū)專業(yè)監(jiān)測(cè)成果,得到如下結(jié)論:模擬結(jié)果與監(jiān)測(cè)成果趨勢(shì)基本一致,土體變形