饱和黏性超固结土的三剪统一本构模型及ABAQUS二次开发

发布时间：2017-04-13 21:25

  本文关键词：饱和黏性超固结土的三剪统一本构模型及ABAQUS二次开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：土体的超固结性是指那些历史上曾受过大于现阶段覆盖土重的土体所表现出来的特性,那么超固结土体便具有较高的强度以及较低的孔隙率,通常表现出软化及剪胀特性。由于现阶段普遍采用的各类土体本构模型大部分是基于重塑土试验研究来建立的,通过运用应力转换方法,使得不一样的1I和?与相应土体的应力破坏比M建立关系方程式,并创新地在下负荷面修正剑桥模型中用三剪统一强度理论作为它的破坏准则,进而推导并建立了饱和黏性超固结土的三剪统一本构模型,该模型综合了下负荷面修正剑桥模型和三剪统一强度理论的相关优点。以饱和黏性超固结土作为研究对象,在下负荷面修正剑桥模型的屈服方程式中有效地引入三剪统一强度屈服准则作为其破坏准则,并根据相关联流动法则,推导建立了饱和黏性超固结土的三剪统一弹塑性本构关系的屈服方程表达式。通过对其公式进行转换,得到用1 2 3I、J、J来表示基于三剪统一强度理论超固结土本构模型,并进一步推导出该本构模型的弹塑性刚度矩阵。介绍了饱和黏性超固结土的三剪统一本构模型有限元计算的实现方法,利用ABAQUS软件的用户自定义材料子程序接口UMAT,采用Fortran语言开发出饱和黏性超固结土的三剪统一本构模型的子程序,模拟了三轴压缩试验在不同围压下以及不同固结排水条件下的应力应变关系、体应变-轴向应变关系、孔隙水压力-轴向应变关系及应力路径等曲线,并通过真三轴试验模拟进一步讨论了中间主应力影响系数b对模型的影响。将其结果和理论解进行对比,结果表明子程序能充分反映不同超固结比、不同排水条件下饱和黏性超固结土体的力学特性。最后以超固结土常规三轴压缩试验模型与常规三轴试验数据进行了对比,证明了其本构模型对超固结土的力学性质有较为准确的描述。同时,该本构模型的UMAT子程序扩充了ABAQUS软件的材料库,为将来超固结土体的弹塑性本构模型的UMAT子程序二次开发提供了可参照应用的方法。
【关键词】：饱和黏性超固结土 三剪统一强度理论 下负荷面修正剑桥模型 弹塑性本构关系 ABAQUS二次开发
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU43
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 研究现状11-14
• 1.2.1 超固结黏性土本构模型的研究现状11-13
• 1.2.2 黏性土三剪统一本构模型研究现状13
• 1.2.3 本构模型的二次开发研究现状13-14
• 1.3 本文研究的主要内容14
• 1.4 本文的创新点14-16
• 第2章 三剪统一强度理论简介16-19
• 2.1 概述16
• 2.2 三剪统一强度理论的解析16-18
• 2.3 本章小结18-19
• 第3章 饱和黏性超固结土的三剪统一本构模型19-27
• 3.1 概述19
• 3.2 下负荷面修正剑桥模型简介19-23
• 3.2.1 修正剑桥模型简介19-20
• 3.2.2 下负荷面修正剑桥模型20-23
• 3.3 饱和黏性超固结土的三剪统一本构模型推导23-26
• 3.4 本章小结26-27
• 第4章 饱和黏性超固结土的三剪统一弹塑性本构关系27-33
• 4.1 概述27
• 4.2 饱和黏性超固结土的三剪统一本构模型弹塑性刚度矩阵27-32
• 4.2.1 弹性刚度矩阵27-28
• 4.2.2 弹塑性刚度矩阵28-32
• 4.3 本章小结32-33
• 第5章 弹塑性有限元计算方法及ABAQUS二次开发33-38
• 5.1 弹塑性有限元计算方法的实现33-34
• 5.2 ABAQUS简介34-35
• 5.3 ABAQUS子程序UMAT接口35-37
• 5.3.1 ABAQUS用户材料定义子程序接口介绍35
• 5.3.2 ABAQUS用户材料定义子程序变量说明35-36
• 5.3.3 饱和黏性超固结土的三剪统一本构模型UMAT子程序编写36-37
• 5.4 本章小结37-38
• 第6章 UMAT子程序正确性的验证及饱和黏性 超固结土特性预测分析38-58
• 6.1 概述38
• 6.2 理论解计算步骤38-39
• 6.3 不同围压条件下超固结土体力学特性预测和分析39-46
• 6.3.1 饱和黏性超固结土单元体模型的建立39-41
• 6.3.2 排水条件下不同围压的常规三轴压缩试验模拟41-43
• 6.3.3 不排水条件下不同围压的常规三轴压缩试验模拟43-46
• 6.4 不同超固结比条件下超固结土体力学特性预测和分析46-53
• 6.4.1 排水条件下不同超固结比的常规三轴试验模拟47-49
• 6.4.2 不排水条件下不同超固结比的常规三轴试验模拟49-53
• 6.5 真三轴试验模拟及中间主应力影响系数b的讨论53-57
• 6.5.1 初始围压为 98kPa排水条件下的真三轴试验模拟53-55
• 6.5.2 初始围压为 98kPa不排水条件下的真三轴试验模拟55-57
• 6.6 本章小结57-58
• 第7章 三轴压缩试验与UMAT子程序应用算例对比58-72
• 7.1 概述58
• 7.2 试验土样及试验设备58-60
• 7.3 三轴压缩试验模拟与三轴压缩试验结果的对比分析60-71
• 7.3.1 真实试验土样模型的创建60-61
• 7.3.2 模拟计算结果和三轴试验结果对比分析61-71
• 7.4 本章小结71-72
• 第8章 结论与展望72-74
• 8.1 结论72-73
• 8.2 不足及展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78
• 附录 部分本构模型UMAT子程序代码78-88

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