庫水循環(huán)加卸載條件的數(shù)值實現(xiàn)方法及應用.pdf

1、國內(nèi)外大量實例統(tǒng)計顯示:水庫庫岸邊坡失穩(wěn)并非發(fā)生在第一次蓄水或降水時期,而是庫水循環(huán)加卸載作用下,岸坡土體不斷變形直至失穩(wěn)。長江三峽庫水水位每年在175m與145m之間進行周期性調(diào)節(jié),這也導致部分古滑體的復活和新滑體的產(chǎn)生。近幾年統(tǒng)計資料顯示,庫區(qū)的很多滑坡隨著庫水位波動發(fā)生不同程度的階梯式變形。由此可見,庫水位周期性變動作用下,水分的滲入或滲出必將造成岸坡土體孔隙壓力和有效應力的周期性卸載或加載,從而引起土體的變形。
　　傳統(tǒng)的

2、土體彈塑性本構(gòu)模型,考慮屈服面以內(nèi)是彈性區(qū)域,任何應力條件下只產(chǎn)生彈性變形,現(xiàn)有邊界面等模型可以描述循環(huán)荷載作用下土體變形,但是參數(shù)較多,并且其中很多參數(shù)物理意義不明確等缺陷導致其在巖土工程方面應用不宜推廣。由姚仰平提出的統(tǒng)一硬化模型(UH模型)能夠反映土在循環(huán)荷載下應力應變規(guī)律,并且參數(shù)同修正劍橋模型(MCC),可通過常規(guī)實驗得到;可以描述循環(huán)加卸載條件下的土體的變形特征。本文基于現(xiàn)有研究成果,對能夠反映循環(huán)加卸載條件的UH模型進行

3、UMAT二次開發(fā),通過模擬不排水三軸和單循環(huán)三軸以及特殊應力路徑下飽和土三軸實驗,說明開發(fā)程序的效率以及正確性,最后通過三峽庫區(qū)白鶴坪崩滑體的模擬說明程序在工程方面的應用。主要的研究內(nèi)容與成果有:
　　1)結(jié)合統(tǒng)一硬化模型中應力路徑無關(guān)的統(tǒng)一硬化參數(shù)和土體剪脹方程,分析塑性體積應變對硬化參數(shù)的影響,并通過對比試驗結(jié)果確定統(tǒng)一硬化參數(shù)的表達式,推導統(tǒng)一硬化模型應力-應變本構(gòu)方程。
　　2)通過三種有限元算法的對比,始點剛度法和

4、中點剛度法對應力狀態(tài)的判斷滯后,計算精度稍差;增加了判斷當前應力狀態(tài)是否為加卸載狀態(tài)的帶誤差控制的改進Euler算法計算更加高效。通過對統(tǒng)一硬化模型應力-應變關(guān)系、屈服面、流動法則和硬化規(guī)律的推導,求解出相應的誤差控制方程和應力應變矩陣,得到一致切線模量和雅克比矩陣的表達形式。
　　3)針對一個單元進行不排水靜三軸和單循環(huán)三軸的模擬,模擬條件及參數(shù)同范慶來等,并將模擬成果進行比較,二者所得曲線趨勢相同;將計算結(jié)果與 FLAC3D中

5、相同條件下MCC模型的應力結(jié)果對比,兩者比較接近,說明開發(fā)的UMAT子程序通過了單元測試。
　　針對課題組所做特殊路徑下飽和土三軸循環(huán)加卸載實驗進行模擬,通過實驗數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果的比較,結(jié)果比較吻合,再次證明開發(fā) UMAT子程序的正確性,同時說明了隨時間變化應當考慮土體作為一種特殊材料的損傷變形。
　　4)通過對三峽庫區(qū)白鶴坪崩滑體進行變形模擬分析,并對比庫區(qū)專業(yè)監(jiān)測成果,得到如下結(jié)論:模擬結(jié)果與監(jiān)測成果趨勢基本一致,土體變形