反复荷载作用下软土地基长期沉降的数值模拟研究

发布时间：2017-04-16 01:22

  本文关键词：反复荷载作用下软土地基长期沉降的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文依据太沙基一维固结理论导出了变荷载作用下的弹性固结解析解,对各种形式的反复荷载进行了详细分析,借鉴前人对反复荷载作用下软土地基固结理论的研究成果,并将其加以总结,将固结解析式进行一般化,以便于进行计算机编程和变换荷载类型,并用这种方法对各种荷载作用下的软土地基固结性状进行了分析。固结模拟部分分别基于修正剑桥模型理论与弹性理论之上,利用ABAQUS有限元软件及其相关子程序,分别对所列各反复荷载做了模拟,并将两种有限元模拟结果与弹性理论数值计算结果做了详细比较分析,得出了一些结论。弹性固结理论分析之前,首先,将梯形、矩形和三角形波的公式进行统一化,以广义梯形波表示,并对其采用傅立叶级数展开,将波形用傅立叶级数表示,只需变换广义梯形波的参数就可以得到梯形、矩形和三角形的任意波形,表示简单而且实用;另外,采用同样的方法,分别对广义正弦波、广义半正弦波和广义余弦波进行分析,得到各种波形下的傅立叶级数展开式;最后,对不同荷载形式下的固结偏微分方程进行求解,得到了各种荷载作用下,透水边界条件下弹性地基解析解的通解,利用Maple数学软件进行编程,输入土体参数进行单层软土地基的固结性状分析。导出求解数据,进行绘图与结果分析。弹性与弹塑性固结模拟在ABAQUS软件中进行,采用与弹性固结理论相同的荷载参数,用软件的DLOAD子程序编制循环加载,并利用UVARM用户输出场变量子程序进行固结度等一些自设定场变量的输出。导出计算数据,绘图并分析模拟结果。通过理论数值计算和有限元模拟,得出各种荷载50年作用下的沉降、有效应力、固结度等,并将其结果进行了对比分析。结果显示,同样的荷载作用下,有限元模拟的最终沉降大于弹性理论数值计算沉降值,不同的荷载类型有不同的沉降值。三种方法所得的有效应力也有所不同,反复荷载下有限元模拟的有效应力随着加载次数的增加,其波动幅度也逐渐增加,最后逐渐稳定,它的波动幅度要大于理论数值计算的波动幅度。另外,三者都能反映有效应力的滞后现象,但滞后时间有所不同。随着土层深度的加深,这种滞后现象越显著。固结度是反映土体变形的一个重要指标,在文中列出了各类反复荷载下的固结度对数曲线。在恒载作用下,土体的最终固结度都基本达到了100%,而反复荷载下则不能达到100%的固结度,即使加载时间无限长也不能达到这个数值,不同的荷载最终的固结度也不相同,但有限元模拟得到的固结度要大于理论数值计算的固结度。本文采用三种方法对软土地基进行了固结分析,其中弹性理论分析采用的土体参数是按各层土体厚度折算的平均值,取为单层土体,并未按实际土层分层计算;而有限元模拟是按实际分层土体进行分析,较接近实际。这样算出来的结果必然存在差异,其结果可为工程实际提供参考和指导。
【关键词】：软土地基 反复荷载 修正剑桥模型 ABAQUS 傅立叶级数 一维固结理论 有限元模拟
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU447;TU433
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 前言12-13
• 1.2 研究目的和意义13-14
• 1.3 研究背景与研究现状14-18
• 1.4 研究内容和思路18-20
• 1.4.1 研究内容18
• 1.4.2 研究思路18-20
• 第2章 荷载类型及其固结理论20-44
• 2.1 反复荷载及其傅里叶级数展开20-30
• 2.1.1 梯形荷载20-21
• 2.1.2 三角形荷载21
• 2.1.3 矩形荷载21-22
• 2.1.4 三角函数波载22-23
• 2.1.5 周期波的傅里叶级数展开23-30
• 2.2 太沙基一维固结理论30-35
• 2.2.1 太沙基一维渗透固结微分方程及其解答30-33
• 2.2.2 单向固结理论的求解33-35
• 2.3 反复荷载下软土地基的一维固结解35-44
• 2.3.1 反复荷载下计算简图与相关假设35-36
• 2.3.2 反复荷载固结方程解的形式36-37
• 2.3.3 各反复荷载下软土的一维固结解答37-44
• 第3章 软土材料及其强度理论44-59
• 3.1 软土的工程性质44
• 3.2 土体的强度理论44-51
• 3.2.1 屈服准则和破坏准则45-49
• 3.2.2 硬化规律49-50
• 3.2.3 流动法则50-51
• 3.3 剑桥模型51-59
• 3.3.1 临界状态线51-52
• 3.3.2 状态线边界面52-53
• 3.3.3 剑桥模型53-56
• 3.3.4 修正剑桥模型56-59
• 第4章 ABAQUS软件及工程实例介绍59-69
• 4.1 ABAQUS软件及相关应用介绍59-61
• 4.1.1 ABAQUS软件概述59
• 4.1.2 相关子程序简介59-61
• 4.2 ABAQUS中修正剑桥模型表示形式61-64
• 4.2.1 模型的特点及适用范围61-62
• 4.2.2 临界状态塑性模型62-64
• 4.3 地基模型实例64-69
• 4.3.1 地基计算实例及土体参数64-65
• 4.3.2 荷载分析与有限元模型的建立65-69
• 第5章 反复荷载下理论数值计算与ABAQUS模拟分析69-88
• 5.1 本文解析解与太沙基解的比较69
• 5.2 理论数值计算与有限元模拟对比分析69-88
• 5.2.1 不同荷载下软土地基10年沉降分析70-75
• 5.2.2 不同荷载下软土地基50年沉降分析75-80
• 5.2.3 不同荷载下有效应力分析80-83
• 5.2.4 超孔隙水压力分析83-84
• 5.2.5 不同荷载下固结度分析84-88
• 第6章 结论与展望88-90
• 6.1 本文的主要工作与结论88-89
• 6.2 进一步研究的建议和设想89-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-95
• 个人简介95

【参考文献】

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本文编号：309709