接触面损伤模型应用于三维有限元分析

本文简要介绍了作者提出的接触面损伤模型，推导了接触面单元的三维有限元格式。将损伤模型接触面单元应用于三维有限元计算，对滑块问题进行了数值试验，比较了不同接触面模型的计算结果，验证了接触面损伤模型分析土-结构相互作用问题的合理性和优越性。文中对一围堰工程进行了有限元分析，计算结果合理可靠，表明本文提出的损伤模型接触面单元可以方便地应用于实际工程问题的数值模拟。     

饱水格栅加筋土挡墙结构特性数值分析*

格栅加筋土挡墙由面板、格栅和土体组成。本文根据加筋土挡墙筋土相互作用的特点，将格栅与其上下表面一定厚度的土层视为具有应变相容条件的筋土复合材料。引入饱和多孔介质模型来模拟土体和筋土复合材料，由此建立了饱水格栅加筋土挡墙结构特性数值分析的数学模型。采用Galerkin加权残值法推导出有限元平衡方程，求解该方程，得到饱水格栅加筋土挡墙的动力响应。算例分析表明，格栅加筋土挡墙在饱水状态下的变形和塑性区分布有明显增大，且呈现外倾变形特征，挡墙的承载力也有较大幅度的降低。     

列车荷载对路堤式加筋土挡墙结构力学特性影响的数值模拟

利用有限元计算软件PLAXIS, 建立路堤式加筋土挡墙在列车荷载作用下的计算模型, 并且通过与垂直土压力和水平土压力的实测值和理论计算值相对比, 肯定了模型的合理性。进一步改变加筋间距与填土高度, 探讨了加筋土挡墙在列车荷载作用下水平土压力、面板水平位移和筋材最大拉力的变化规律。结果表明:同一高度的垂直土压力值沿筋长方向呈增加趋势;水平土压力值随填土高度增加而增加, 沿墙高方向值变小。增加拉筋间距, 会使水平土压力值、面板水平位移和筋材最大拉力均增大。降低填土高度对墙背水平土压力、面板水平位移和筋材最大拉力的影响较小, 在施加列车荷载后2种曲线均近乎重合。在列车荷载作用下, 可通过增大加筋间距和降低台阶填土高度来优化加筋土挡墙的整体性能。     

加筋土挡墙地震作用下动力有限元分析

应用有限元软件ANSYS对加筋土挡墙有限元模型在地震作用下的动力非线性响应进行了有限元模拟。分析所利用的是直接动力法,即将地震波直接输入ANSYS软件进行分析。文中对地震波的选取与调整方法进行了分析,目的在于可以提高模拟的真实性。在ANSYS中,所采用的主要是瞬态分析法的动力学原理,通过建模加载模拟,最终得出以下模拟结果。对加速度放大效应、土工格栅筋带拉力和挡墙水平位移等三个参量进行了较为深入的分析,最后在加筋土挡墙地震作用下动力响应方面,揭示了加筋土挡墙抗震行为基本特征并且得出了一些定性的结论。     

加筋土挡墙有限元模型现状综述

对现有加筋土挡墙的有限元计算理论及各种有限元模型进行了综述,通过有限元分析,得到一些有助于加筋土挡墙设计的结论.     

粗粒料非线性模型(hhu-KG)的有限元实现及工程应用

介绍了一种可以考虑剪胀效应、中主应力影响以及强度非线性的粗粒料非线性模型(hhu-KG模型)。在次弹性理论的基础上将其扩展为一般应力空间中的应力应变关系,并基于土石坝静动力流固耦合可视化分析软件平台开发了该模型的有限元计算程序。采用该模型和邓肯E-B模型对某面板堆石坝进行了三维有限元数值模拟,并对两种模型的模拟结果进行了对比分析。结果显示,相较于邓肯E-B模型,hhu-KG模型计算所得到的最大沉降值与最大面板挠度值略小,而最大顺河向位移值略大,但是两种模型计算所得的坝体与面板变形分布规律大致相同,且符合工程的一般规律,验证了基于次弹性理论推导的刚度系数矩阵的合理性,同时也说明了hhu-KG模型在土石坝静力有限元分析中的适用性。研究成果为粗颗粒土在土石坝的应用提供参考。     

有限元法在加筋土结构设计中应用的必要性和可行性

近半个世纪以来, 有限元方法作为一种有效的数值计算手段已经广为认可, 但关于有限元的作用总是存在争议, 对有限元的计算结果也常常存有疑虑。对有限元在加筋土结构设计中的应用进行探讨, 介绍了加筋土计算中常用的筋土接触面处理方法。以有限元在加筋高边坡设计、基坑位移分析中的作用为例, 论述了其应用的必要性, 从专业教育、商业软件和社会认识发展等方面探讨了有限元应用的可行性, 也对有限元应用中应当注意的问题提出了建议。     

混合坝接头有限元动力分析

混合坝接头部位的地震问题直接关系到坝生产运行的安全。本文对侧墙式混合坝进行研究,在混凝土坝与土石坝接头不同材料接触面处采用古德曼薄层接触单元来模拟接触面,选用等效线性本构模型模拟土石坝,通过对混合坝进行有限元动力计算,分析了混合坝接触面的动力反应。     

分级加载下加筋边坡离心模型试验数值模拟

针对西南地区某机场加筋边坡的离心模型试验,建立与离心试验尺寸一致的有限元数值模型,并采用考虑时间因素的Cvisc蠕变模型与M-C模型,模拟分级加载过程中离心模型的位移、土压力、筋材拉力随时间的发展和分布情况,并与离心模型试验结果进行比较。采用Cvisc模型研究了不同筋材长度,以及不同部位的筋材加密和筋材模量增加对加筋边坡的影响。研究结果表明:Cvisc蠕变模型能较好地描述变加速度加载的离心模型试验,引进时间因子能反映出不同时刻下离心模型的位移、土压力、筋材拉力;随着筋材长度的增加,潜在滑面后移,边坡稳定性提高;在1/3坡高处筋材拉力和水平位移最大,通过对1/6～1/2坡高范围内筋材加密或模量增加,是提高边坡稳定性最有效的方法,筋材加密效果优于筋材模量增加。     

接触面模型在高面板堆石坝中的应用研究

讨论了接触面Ｇｏｏｄｍａｎ单元模型和Ｄｅｓａｉ薄层单元模型的特点，介绍和分析了笔者提出的接触面薄层单元耦合本构模型。应用无厚度Ｇｏｏｄｍａｎ单元模型和笔者提出的薄层单元耦合本构模型分别对某高面板堆石坝进行了三维非线性有限元计算。计算结果显示，二者是有差异的，面板应力变形的差异更为明显，接触面模型和参数更为直接影响面板应力变形的计算结果。     

基于RBF神经网络的加筋粘土本构模型

用室内三轴试验得到了加筋粘土的应力-应变关系,在此基础上建立了基于RBF神经网络的加筋粘土本构模型,利用此模型对加筋土在不同加筋层数情况下的本构模型进行仿真,并将其与试验值进行对比。结果表明,RBF神经网络能够很好地逼近加筋粘土的本构关系且具有较强的泛化能力,可以反映加筋层数和应力路径的影响。     

开挖卸荷土体本构模型研究方法

我国土木、水利、交通和矿山工程建设中广泛存在着由于开挖卸荷引起的土体位移及稳定问题,传统的极限平衡方法不能考虑土体应力应变关系和应力历史等因素,安全系数的计算与工程实际存在偏差。以变形量为失稳判据的有限元强度折减法,考虑了土体应力应变关系,一定程度上可以弥补传统方法的缺陷,但目前针对开挖卸荷应力路径条件下土体应力应变规律研究偏少,限制了有限元强度折减法的作用,导致开挖卸荷相关问题不能很好地解决。因此本文针对卸荷土体应力应变规律研究工作给出了相应的思路和方法:采用室内卸荷应力路径试验,寻找合适的土体卸荷本构模型,在探索采用常规试验获取模型计算参数的实用方法和取用原则的同时,对开挖土体应力变形进行分析,进而结合有限元轻度折减法对实际开挖工程进行有限元数值模拟,与现场监测结果相比较,对模型和参数确定方法进行修正。应用这种方法,可以得到反映开挖卸荷实际的土体本构模型及其参数确定方法。     

三峡工程二期围堰应力变形分析

采用三维有限元法对三峡工程二期围堰的应力变形进行了计算分析，着重讨论了塑性砼防渗墙的应力变形状态，评价了工程设计的安全性。计算中分别采用了三种本构模型模拟堰体材料的应力应变关系。文中引进了非饱和土毛细管吸力丧失理论，解释土石料的浸水软化现象，使计算结果更趋合理。     

土体本构模型研究及自动化技术

对土体本构模型的分类、建模理论及其研究方法进行了系统总结和分析,指出土体微细结构、状态参数、受荷历史、应力路径和排水条件等都可能影响土体本构模型的建立及其参数的确定。由于土体本构模型的复杂性,采用先进的自动化与自适应技术建立土体本构模型或对模型参数进行反演具有十分重要的意义,为此在分析本构模型的基础上,对本构模型中应用的自动化技术,包括神经网络、数据库和基于现场实测资料的反演等技术进行了探讨。     

广义位势理论本构模型的开发和验证

广义位势理论从数学原理出发,将主空间的应力应变关系转换成六维空间的应力应变关系,从而建立岩土材料的本构模型,具有明确的数学依据和更少的物理假设。然而,将广义位势理论的本构模型开发到大型数值分析软件,并在六维应力应变空间中进行数值计算和验证的工作尚不多。为此,介绍了广义位势理论的多重势面模型和二重势面模型,详细分析了2种模型用于数值计算的弹塑性矩阵,并以2个二重势面模型(不考虑剪胀性的类剑桥模型和考虑剪胀性的类剑桥模型)为例,在数值分析软件FLAC3D中实现2个模型的开发。将开发的本构模型在FLAC3D的六维应力应变空间中进行计算分析,通过对比数值计算结果和室内三轴试验成果,说明了广义位势理论的本构模型在六维应力应变空间的计算精度是较高的,从而验证了理论模型的科学性和开发软件的正确性。     

混凝土坝抗震加固中钢筋混凝土的动力本构模型

基于复合材料细观力学和混凝土塑性损伤理论,针对混凝土坝抗震钢筋的分布形式和钢筋混凝土材料的力学特征,提出了钢筋单方向分布情况下钢筋混凝土材料的等效模量、等效强度的简化公式,在此基础上建立了整体式钢筋混凝土动力本构模型,并以Koyna坝为例,根据配筋前坝体的地震塑性损伤分析设置了配筋方案,分别运用整体式和分离式钢筋混凝土动力本构模型对该坝进行配筋计算,并进行了三维非线性地震响应时程分析,得到了两种不同配筋条件下坝体的拉应力损伤因子分布及坝顶动位移响应。结果表明,两种模型计算结果比较接近,配筋抗震措施能够明显地减小坝体损伤区的范围,整体式钢筋混凝土动力本构模型在满足计算精度的前提下可提高计算效率、简化模拟计算。     

Recent developments of generalized plasticity models for saturated and unsaturated soils

Soil undergoes both elastic and plastic deformations under different loading conditions. A relatively accurate constitutive model of soil behaviors should be capable of predicting the elastic and plastic deformations properly. Among a large number of elastoplastic constitutive models developed over the last several decades, constitutive models based on generalized plasticity have been successfully utilized in modeling the mechanical behavior of various soils. This paper attempts to present a review of the m...     

300m级超高土质心墙坝的长期变形特性研究

 目前国内即将列项修建的 300 m 级高土质心墙坝,在高应力状态下,坝料的长期变形特性对坝体的沉降影响大。为研究 300 m 级超高土质心墙坝的长期变形特性,采用长江科学院九参数幂级数流变本构模型及其试验参数,对 300 m 级高土质心墙坝填筑过程及流变过程进行数值模拟。计算得到的流变位移约为 47 cm 左右,考虑了流变后的变形会更真实反映实际坝体的运行状况。     

NUMERICAL INVESTIGATION OF SEABED INTERACTION IN TIME DOMAIN ANALYSIS OF MOORING CABLES

1. INTRODUCTION Seabed interaction of mooring cables influences the dynamic behavior of the mooring system (see Fig.1). As moored structures are widely used in the offshore oil and gas industry, there is a continuing need to improve the designs of such st…     

纤维复合材料加固混凝土结构的研究进展

纤维复合材料（ＦＲＰ）以其轻质、高强、抗腐蚀能力强、耐疲劳、减震性能好等诸多优点被广泛运 用到土木、建筑工程结构加固中。结合国内外复合材料加固混凝土技术的进展,论述了约束混凝土的本 构模型,加固混凝土结构的极限承载力、耐久性、抗震性以及纤维复合材料加固混凝土结构的机理等。 并且阐述了纤维复合材料加固混凝土柱的机理。最后,论述了一种新的可用于碳纤维加固混凝土结构 的粘结材料—聚脲弹性涂层,可以有效改善混凝土柱构件的承载能力、耐久性及抗震性能等。