基于EFG-FEM的加筋土挡墙数值计算方法

发布时间：2020-06-05 01:41

【摘要】：加筋土挡墙是一种性能优异的挡土墙,已在我国得到了广泛的应用。目前在分析和设计该类挡墙时最普遍的方法是有限元法,这得益于该方法具有较高的经济性和可靠度。但有限元法(FEM)在分析大变形问题时易发生网格畸变,降低了计算精度和效率。由于无网格法在计算过程中不需要网格的约束,只需要节点信息,所以具有较好的精度,适于分析加筋土挡墙。但无网格法本质边界条件施加困难,将其与有限元法耦合可很好的解决该问题,并充分发挥两种方法的优点。本文在以上思路的基础上将邓肯张模型应用于无网格伽辽金法(EFG)中作为加筋土中土体的本构模型,将等效附加应力法推广到EFG中模拟筋材的作用,并提出了EFG-FEM混合数值方法。本文采用FORTRAN编制了所有代码并将其用于加筋土挡墙离心模型试验与现场试验的数值分析,主要得到以下结论:(1)本文采用EFG-FEM直接耦合法计算加筋土问题。该方法不需构造过渡单元的形函数,大大简化了计算过程。该方法在本质边界处布置FEM单元,其余部位均匀分布EFG节点,充分发挥了FEM施加本质边界条件的优势及EFG计算变形的优势。(2)本文采用邓肯-张模型作为土体的本构关系模型,并将其应用于EFG进行加筋土的数值分析,提出了EFG中背景单元弹性矩阵的计算方法,推导了节点刚度矩阵的计算公式,实现了邓肯-张模型在EFG中的应用。(3)本文将等效附加应力法推广到EFG中,提出了基于EFG的等效附加应力法。计算时仅需在土体的弹性矩阵上加上筋材的等效附加矩阵即可,筋材的作用最终体现在附加刚度矩阵上,将其与土体的刚度矩阵叠加可得加筋土的刚度矩阵。(4)本文提出了一种新的加筋土数值计算方法——EFG-FEM混合数值方法。该方法中EFG与FEM的耦合边界采用EFG-FEM直接耦合法计算,筋材的作用采用等效附加应力法计算,土体的本构模型采用邓肯张模型。该方法结果与加筋土挡墙离心试验与现场试验的结果吻合较好,证明了该方法的正确性及其解决工程问题的能力。
【图文】：

加筋土挡墙,重力式挡墙,优越性,加筋土技术

、铁路、水利等方面的应用，并取得了良好的经济效益，促进了经济发展和社进步。在现代加筋土工程应用中，包括许多重大重要工程，，加筋土挡墙最大高达到m。我国加筋土技术在 30 余年的理论试验研究和工程应用当中逐渐形成适用于国施工和使用条件的一系列设计技术规范、测试规程以及施工标准，推进了我加筋土技术的全面发展和广泛应用。2.2 加筋土技术的应用一开始加筋土技术主要用于挡墙中，随着研究的不断深入与施工技术的进步筋土技术的应用领域得到了拓展，在边坡，地基和桥台等方面也得到了广泛应。.2.2.1 加筋土挡墙加筋土挡墙通常是由墙面板，筋材及填料等组装而成的混合式支挡结构。按面板类型分为模块式，返包式与整体现浇式等多种结构形式（见图 1.1）。

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第 6 章工程应用实例出的 EFG-FEM 混合数值方法在工程实反包式加筋土挡墙的现场试验[68]，采用计算，将其计算结果与现场试验的实测式加筋土挡墙的变形情况。况69]中的软土地基反包式加筋土挡墙现场试行建模计算，对加筋土挡墙填筑完成后的竖向土压力与墙背土压力及筋材应变包式加筋土挡墙的变形、土压力分布等
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU476.4

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