Constitutive equations and finite element implementation of strain localization in sand deformation

A recently proposed model coupling with the solid-fluid of the saturated sand was utilized to study the deformation band. Based on the critical state plasticity model by Borja and Andrade, the hydraulic conductivity tensor was naturally treated as a function of the spatial discretization matrix about the displacement and the stress field, allowing a more realistic representation of the physical phenomenon. The fully Lagrangian form of the Darcy law was resolved by Piola algorithm, and then the flow law was gained, leading to the implementation of a modified model of the saturated sand. Then the criterion for the onset of localization was derived and utilized to detect instability. The constitutive model was implemented in a finite element program coded by FORTRAN, which was used to predict the formation and development of shear bands in plane strain compression of saturated sand. At last, the formation mechanism of the shear band was discussed. It is shown that the model works well, and the simulation sample bifurcates at 1.18% axial strain, which is in a good qualitative agreement with the experiment. The pore pressure greatly affects the onset and development of the deformation band, and it obviously increases around the localization-prone regions with the direction toward the outer side of the normal of the shear band, while the pore stress flows nearly horizontally and is distributed equally far away the shear band region. Foundation item: Project(2006G007-C) supported by the Foundation of the Science and Technology Section of Ministry of Railway of China; Project(77206) supported by the Excellent PhD Thesis Innovation Foundation of Central South University, China     

盾构隧道同步注浆浆液压力时空分布规律

盾构隧道施工过程中同步注浆浆液压力变化对邻近管片结构内力分布有较大影响,为实现对注浆压力的精细化控制,保证盾构安全掘进,研究浆液压力的时空分布规律.在考虑浆液粘度和地层渗透系数时变性的基础上,统一了同步注浆过程中浆液填充、扩散与消散过程,得到了浆液压力沿管片环向与纵向分布的理论计算式.依托工程实例及浆液流变试验结果,建立数值模型,得到了浆液压力沿管片三维时空分布规律.研究表明:同步注浆过程中浆液固结及注浆压力的衰减对浆液压力分布影响较大.浆液粘度增大,浆液流动性与地层渗透系数逐渐减小,使浆液压力沿管片扩散及消散幅度减小,进而影响管片内力分布.考虑了浆液压力时空变化特性的计算模型使管片受力特征与现场实测结果更加接近.研究成果为精细化分析施工阶段管片受力提供了计算依据.     

一种基于四边形面积坐标的四结点平面参变量单元

基于四边形面积坐标和广义协调原理,通过投影技术,并引入0~1区间上可连续变化的罚因子,构造了一款具有统一格式的四结点平面参变量单元AQGβ6-I。通过4组数值算例测试了单元性能,并将计算结果与许多著名单元对比表明:时,单元退化为原始格式,具有原始单元的全部优良性能;时,单元可以精确通过强分片检验,此时性能与许多著名单元基本相当,显著优于传统平面四结点等参单元(Q4);时,单元兼具较好的抗网格畸变能力和收敛速度。单元的构造方式对缓解一个有限元难题(通过常分片检验的四结点单元在弯曲问题中表现欠佳,而在弯曲问题中表现非常好的单元无法通过强分片检验)提供了有益思路。     

多元指数插值响应面方法分析复杂结构可靠度

引入多元指数型插值基函数,采用正交实验设计和有限元分析生成插值点,建立指数插值响应面函数,采用随机投点法和有限元分析生成校核样本点,以校核样本点原函数值与插值函数值距离最小为优化目标,求解多元指数插值函数的待定参数,并构造迭代求解格式控制求解精度,建立了复杂结构可靠度分析的多元指数插值响应面方法.算例分析结果表明,该方法对非线性程度较强的隐式功能函数具有较高的分析精度和效率.     

聚丙烯纤维对泡沫混凝土性能的影响

泡沫混凝土作为建筑材料有许多优势,但是泡沫混凝土的力学性能低影响其进一步的应用。研究聚丙烯纤维对泡沫混凝土力学性能的影响,当聚丙烯纤维掺量为0.3%时,可显著地提高泡沫混凝土的力学性能,并且低掺量的聚丙烯纤维对泡沫混凝土的空隙有补强作用,而高掺量的聚丙烯纤维会使泡沫混凝土中的空气空隙增多反而降低泡沫混凝土的力学性能。同时,聚丙烯纤维的掺入对泡沫混凝土的导热系数也会产生一定的影响。     

Newton-PCG复合算法在饱和砂土边坡液化数值模拟中的应用

引入Newton-PCG算法,编制了算法程序,建立了流–固耦合砂土模型,实现了饱和砂土边坡液化问题的有限元数值模拟。采用一次牛顿步,和多步预条件共轭梯度子迭代的Newton-PCG复合算法,编制了算法的FORTRAN语言程序。基于临界状态塑性模型框架,给出了饱和状态下砂土固–液耦合模型的本构关系,再现了某饱和砂土边坡液化的力学状态,探讨了水压力分布与流动特性。结果表明:Newton-PCG算法能更有效地进行大规模非线性求解;建立的模型能较好地反映砂土–流体耦合状态下的力学行为;多孔介质中由于流体的流动,孔隙水压力对砂土液化的力学行为影响较大,在局部剪切带即将形成的区域,水压力值明显增大,而且方向指向剪切带的外法线方向;根据液化发生准则,画出了边坡发生液化的滑动面,对于预测边坡的发生具有重要的现实意义。更多还原 AbstractFilter('ChDivSummary','ChDivSummaryMore','ChDivSummaryReset');     

铁路隧道铺底结构动力响应分析

采用空间非线性动力有限元理论和准静态荷载法，以多雨地区铁路隧道易出现翻浆冒泥等病害现象的轨下铺底结构为研究对象，建立了铁路隧道铺底结构的动载计算模型。对列车振动冲击荷载作用下隧道铺底混凝土结构四种计算工况的动力响应进行了数值模拟，并与模型试验测试结果进行比较分析，得出了主要结论：隧道铺底结构的使用寿命是由铺底材料的抗弯强度控制；竖向应力动力系数随深度的增加逐渐衰减；衰减系数随铺底底面的深度增加而减小，同种工况中随速度的增加而减小。这些研究结果为深入了解列车动载对隧道基底结构破坏的影响程度，较彻底地解决隧道基底破损所产生的病害问题提供了参考。     

软弱泥质页岩隧道衬砌受力特征测试分析

通过对关口垭隧道软弱地段(泥质页岩)支护系统的现场测试,得到了工字钢、喷射混凝土和二次衬砌等支护构件的受力状况与软弱泥质页岩地质状况之间的关系,并对测试结果进行了分析讨论,为该类地质条件下的隧道合理设计提供了依据。     

基于响应面与重要性抽样的岩土工程可靠度分析方法研究

 由于功能函数非线性强且难以显式表达,岩土工程可靠度分析以往多采用响应面方法解决,但其求解的可靠度指标为几何可靠度。阐明几何可靠度与一般可靠度的实质和两者之间的差异,指出对于功能函数非线性较强的岩土工程问题,采用几何可靠度指标存在较大误差,需进行改进。然后引入V空间重要抽样方法将基本变量随机空间通过Rosenblatt变换和线性正交变换转换至V空间,在响应面方法得到岩土工程的设计验算点及其附近的响应面的基础上,采用重要性抽样方法求解岩土工程可靠度。几个数值算例和工程实例的对比分析表明该方法可行、有效、精度较高,适用于非线性强的岩土工程可靠度求解。