岩土力学大变形理论及其有限元的改进方法研究

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本报告主要深入开展了一些基础性研究工作,取得的主要成果如下: (1)提出了基于不同有限应变度量的大变形沉降严格算式、基于不同应力应变度量的大变形压缩本构关系的一般表述方法以及大、小变形法切线体积压缩系数的转换方法。这些方法使得大变形法地基沉降计算建立在更严格的基础上,也为澄清当前对大、小变形法变形计算结果的争议提供新的依据。 (2)采用对称的第二类Piola-Kichhoff应力和Green应变分别取代不对称的Lagrange应力和孔隙比,提出了可以克服Gibson大变形理论一维局限性的一个连续介质力学模型。其中的对流系数随着土体变形发展呈现减小的趋势,反映了自重效应在相应地减弱。 (3)提出了基于超静孔压为控制变量的严格的一维大变形固结模型,该模型显式地反映了外荷载变化、自重变化、地表沉降速度、地下水位变化和固相速度等五种要素的影响。在此基础上,还得到一个严格的无自重大变形固结模型,它与以往模型的区别在于考虑了与渗透性梯度有关的非线性项。 (4)针对连续介质大变形固结理论中非保守体力、广义大变形有效应力原理、次弹性模型修正和非Darcy渗流的多维渗透系数等四个关键问题,分别提出了相应的完善方法,进一步推广和发展了连续介质大变形固结理论. (5)推导了T.L.描述的连续介质大变形固结有限元的改进方法,并在COFIST程序框架内增加了相应的计算模块。算例分析结果初步表明,基于保守体力假设的传统方法高估了地基沉降量和超静孔压,但低估了地基固结度。 (6)针对扰动土体,提出了一个简洁实用的大变形法应力应变双曲线模型,以及考虑应力场与渗流场耦合的大变形法渗透系数计算方法和模型。试验分析结果初步表明,扰动土体的大变形压缩模量相对于未扰动土的相应结果会有所减小,而扰动土体的渗透系数一般偏小于未扰动土体的相应值。在考察的土样范围内,扰动土体的大变形本构性状与未扰动土基本相似,但是模型参数的数值却存在较大差异,这可能与土体经受的结构性破坏程度有关。
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