不排水条件下非饱和土水力–力学耦合特性数值模拟

非饱和土即便在不排水、不排气条件下也将发生体变,这为预测非饱和土不排水、不排气力学特性带来了困难。基于三相孔隙介质理论,结合非饱和土的弹塑性本构模型推导了不排水、不排气条件下非饱和土三轴剪切三相耦合控制方程,对非饱和土的不排水、不排气三轴剪切特性进行预测。数值模拟结果表明,此方法能够描述非饱和土在不排水、不排气条件下的水力–力学特性,如体缩特性、孔隙水压力和孔隙气压力增长以及饱和度增大等特性。数值计算结果与室内试验结果一致,证实了所提数值分析方法的合理性。

砂土地震液化分析中Newmark时域离散的误差评估

显式有限元存在计算精度低,对计算时间步长较敏感等缺点。基于后验误差评估的方法,给出了显式算法下Newmark时域离散误差的来源和评估方法。通过饱和砂土地震液化响应的数值算例评估了时间步长对计算结果的影响。数值分析结果表明:时间步长不同,结点位移和单元孔压的时程曲线明显不同,同时计算耗时也呈双曲线关系;相对误差主要分布在变形较大的区域,全域平均相对误差在动力响应剧烈的时间段内较大。通过对计算时间步长和离散误差的评估,可有效恰当的对计算时间步长进行取值,也为自动步长调整提供了依据。

液化场地堤坝地震响应的自适应步长法数值模拟

土体在地震液化过程中表现为较强的材料非线性,此时动力数值分析中时间步长过大必然导致较大的误差。本文在水土耦合弹塑性有限元法和Newmark时域离散法的显式动力液化数值分析平台上,引入时域离散后验误差评估方法,并基于误差评估结果进行了时间步长的自适应调整,建立了基于自适应时间步长的液化动力数值分析方法,并将此方法应用于液化场地堤坝的地震响应数值模拟。通过分析堤坝算例,对比了自适应时间步长法和固定时间步长法计算的堤坝变形、超孔隙水压力比和平均相对误差等的变化规律。结果表明自适应时间步长法在土体动力液化显式数值分析中可以获得较高的计算精度,同时也可以提高计算效率、节省计算时间。

时间自适应在海洋平台桩靴上拔模拟中的应用

该文通过模型试验和时间自适应有限元分析的方法模拟了海洋平台桩靴的上拔过程。在有限元数值分析中引入了启发式和基于误差评估的两种时间自适应方法,有效解决了因时间步长的选取而引起的不收敛和计算效率低等问题。启发式算法通过控制收敛速度调整时间步长,有效预防了不收敛或收敛过慢,但时步调整较为粗糙。基于误差评估的时间自适应有效控制了计算误差,能够平滑地调整时间步长,相比于启发式算法更具有精确性和稳定性。通过试验和数值方法得出海洋平台在上拔桩靴时需克服海床土体吸附力,采用时间自适应方法可以高效模拟桩靴位移时程的非线性问题。