开挖问题摩擦效应的有限元计算方法

 采用有限单元法计算砂性土中的开挖卸载,根据既有的散粒体材料开挖应力释放和弹塑性卸载理论研究成果,将卸载过程中材料荷载–位移曲线的非线性等效成为开挖荷载的逐步释放,该过程卸荷模量与加载模量一致,在此基础上推导了用卸荷刚度表示的计算域内开挖荷载计算式;同时,根据现有试验结果将八面体剪应力引入以表征单次加卸载情况下颗粒间的摩擦作用力,并利用虚功原理建立了颗粒间摩擦作用与卸载应力释放特性的关系,将应力释放效应对开挖荷载的影响等效成为修正开挖卸载阶段材料的弹塑性本构关系矩阵,从而实现了考虑卸载摩擦效应的开挖问题计算方法。从节点平衡方程的推导来看,开挖荷载对整个计算区域均有影响,和应力释放效应存在对应关系;设计了砂的室内单向加卸载模型试验,并采用该有限元方法对室内模型试验进行模拟,结果表明,单次加卸载过程中计算曲线可以较好的反映对应试验条件下土体的应力释放特性,计算结果与现有的理论研究成果的认识相符合,该方法对开挖问题的描述具有一定的可行性。