土体各向异性边界面模型隐式算法在ABAQUS软件中的实现

基于Wheeler土体各向异性旋转硬化法则,结合边界面理论,构造一个能够反映土体初始各向异性及加载后应力诱发各向异性的边界面本构模型,并借助ABAQUS软件提供的UMAT子程序接口,采用隐式积分算法——图形返回算法实现。通过对正常固结状态下(OCR=1)高岭土试样三轴不排水剪切试验进行模拟,并将模拟结果与ABAQUS自带的修正剑桥模型模拟结果进行了比较分析,表明本模型的模拟结果能够反映土体在偏压加载过程中产生的各向异性现象。在此基础上,采用本模型对中等超固结(OCR=4)高岭土试样三轴不排水剪切试验进行模拟,并再次与ABAQUS自带的修正剑桥模型模拟结果进行比较,表明本模型能够较好地反映中等超固结土在小应变情况下的非线性特性。相比于经典弹塑性模型,如修正剑桥模型,本模型的模拟结果更符合中等超固结土的变形特性。

土体边界面模型在ABAQUS软件中的研发与验证

天然土体一般都处于偏压固结状态,存在着初始各向异性.即使是等压固结土体,在其后的偏压加载过程中,也会产生应力诱发各向异性.土体各向异性对其强度、变形及屈服面倾向都会产生影响.Wheeler弹塑性模型采用旋转硬化来描述土体的各向异性.在Wheeler模型的基础上,结合边界面理论,将Wheeler模型拓展为各向异性边界面模型.模型采用ABAQUS软件的UMAT子程序接口,通过隐式积分算法(图形返回算法)编程实现.采用本模型对高岭土三轴不排水剪切试验进行了模拟,并与试验结果作了对比验证.结果表明:模型能够合理描述具有初始各向异性土体的应力应变行为、孔压曲线及应力路径,并能反映偏压加载下的应力诱发各向异性;模型既可适用于模拟正常固结土,也适用于对中等超固结土的模拟.

各向异性弹黏塑性模型在ABAQUS中的研发

通过将Perzyna过应力理论与临界状态理论相结合,并引入Wheeler旋转硬化法则,提出一个能描述土体初始各向异性及应力诱发各向异性的三维弹黏塑性本构模型。模型考虑流变发生的下限,在三维应力空间,模型存在形状相似的静屈服面及动态加载面。采用缩放形式的幂函数。本构模型数值算法采用回映算法,借助ABAQUS软件UMAT子程序接口实现。并通过对三轴不排水蠕变试验的模拟,确定合适的积分步长。此后,分别对三轴不排水蠕变试验及常应变率三轴不排水剪切试验进行了模拟。模拟中通过设置不同参数值,可将模型退化为各向同性模型,并对这两种模拟结果进行了比较。模拟结果表明:(1)对于三轴不排水蠕变,在低剪应力水平下,各向同性模型和各向异性模型模拟的结果相差不大,而在高剪应力水平下,各向异性模型模拟结果更接近试验结果;(2)对于常应变率加载试验的模拟,模型合理反映了土体不排水强度随着加载速率的增大而增大现象。

土体各向异性边界面模型研发的几个问题探讨

土体边界面模型通过采用塑性模量场插值,来反映土体变形的非线性,边界面模型适合对小应变情况下的土体非线性变形进行模拟.在Wheeler模型的基础上,结合边界面理论,构造一个土体各向异性边界面模型,模型可以反映天然土体的各向异性特性.本文对该模型研发过程中遇到的几个问题进行理论探讨,为理解和掌握各向异性边界面理论,并进一步进行新型边界面模型的研发,提供了理论借鉴.

地铁列车随机荷载数值模拟时域方法

列车随机荷载数定是进一步研究地铁运行下环境响应的先决条件,列车随机荷载数定的精确与否直接影响下一步环境响应的分析结果.前人的做法通常是将现场实测的轨道加速度视为各态历经的高斯平稳随机过程,由一系列谐波的叠加组成.通过建立列车-轨道模型,将实测加速度作为激励信号输入,确定频域响应函数,借助于快速傅里叶变换算法,最终得到作为响应的列车随机荷载.这种方法的局限性在于由于变换在频域中进行叠加,要求系统必须是线性的.为此,通过在Matlab中编程,实现用时域逐步积分的Newmark-β法模拟列车随机荷载,可以同时适用于线性和非线性系统,具有更广的实用性.

《理论力学》课程教学改革与实践探讨

为提高学生学习《理论力学》的兴趣,改变目前学生普遍厌学的情况,本文探讨了一种新的教学形式,可表述为"学生小组讨论—课堂释疑及点评—效果巩固及检查"三个流程,由五个教学环节实施。通过教学效果检验本教学模式可以有效提高学生对《理论力学》的学习兴趣,激发学生学习的主动性。

一个反映土体复杂加卸荷路径的弹黏塑性模型

基于Perzyna过应力理论,构造了一个土体各向异性弹黏塑性本构模型.模型引入Wheeler旋转硬化法则,能够较好的描述土体的初始各向异性和应力诱发各向异性.借助ABAQUS软件中UMAT子程序接口,模型采用隐式积分算法——图形返回算法实现.通过对一组复杂加卸荷路径的三轴不排水剪切试验(HKMD)及一组分级加载三轴不排水蠕变试验(Sachville clay)的模拟,表明本模型能够合理反映土体的率效应、应力松弛、蠕变及土体各向异性现象,验证了模型的有效性.

裂隙围岩弹性力学参数反分析与验证

以浙江某穿山隧道为工程背景,通过二次开发,建立UCODE软件与有限元软件之间接口程序,对隧道裂隙围岩弹性力学参数—围岩弹性模量E及泊松比υ,进行反分析计算,反分析计算设置四组待定参数初始值。迭代计算结果表明,对于不同的参数初始值,反分析结果收敛于同一组解,验证了反分析算法的稳定性。通过将围岩参数反分析结果与设定值比较,其相对误差分别为2.17%和2.53%,均满足反分析精度要求。

降雨诱发浅层滑坡稳定性的计算模型研究

我国是一个滑坡灾害频发的国家,众多事实表明:降雨是影响边坡稳定性,导致边坡失稳的最主要和最普遍的环境因素,是浅层滑坡的触发因素。为了更好地对降雨诱发浅层滑坡进行研究,采用非饱和土VG模型与改进的Green-Ampt入渗模型对Mein-Larson降雨入渗模型进行改进,并结合无限边坡提出了一个降雨诱发浅层滑坡的简化计算模型。与以往提出的简化计算模型相比,该模型既考虑了坡面倾斜的影响,又考虑了非饱和土的特性,并可用于两种降雨形式下的边坡浅层稳定性估算,具有更广的应用范围。通过与有限元得到的结果进行比较可得:在不同降雨条件下,该计算模型得到的各项结果与数值解是接近的,安全系数计算结果是偏于安全的,因此,可将该计算模型用于降雨诱发浅层滑坡的近似估算;该计算模型公式简单,便于计算,计算效率较高。

软岩隧道挤压型大变形非线性流变属性及其锚固整治技术研究

针对隧道高地应力软弱围岩洞室施工开挖变形与围岩失稳以及衬护结构设计问题,阐述开展岩土流变学研究的必要性以及对软岩挤压型大变形非线性流变问题的研究内容和方法,介绍隧道围岩挤压型大变形的定义、变形特征,及国际上隧道围岩挤压大变形的判定。介绍隧道围岩挤压型大变形非线性流变理论、相应的专用设计软件研制及其工程应用,主要介绍有关的研究内容及其创新性方面;以广义Komamura-Huang流变模型为基础,建立一种能较完整地反映围岩二维、三维大变形非线性流变全过程的Komamura-Huang"弹-线黏弹-非线性大变形黏塑性"流变模型,并在ABAQUS软件基础上进行专用软件的二次开发,将其应用于兰新铁路兰武客运专线乌鞘岭铁路隧道岭脊段围岩5~#断层带中,后又应用于甘南木寨岭高速公路隧道和云南滇中红层引水隧洞2处软岩围岩挤压大变形隧道,采用大尺度让压锚杆/预应力长让压锚索进行了整治研究,并分别进行了二维和三维非线性大变形黏弹塑性数值模拟分析。指出有待进一步深化研讨的若干问题。总结针对软岩挤压型大变形沿用现行刚性支护方案的不合理性和失效教训。提出管控/约束隧道围岩大变形持续发展的让压支护锚固技术措施——一种新型大尺度让压锚杆/预应力让压锚索,介绍让压锚具的受力机制及构造,强调其10个关键性设计施工参数。以兰州木寨岭高速公路隧道围岩挤压型大变形非线性流变分析与采用让压锚杆进行工程整治的试验段情况为例,对该隧道围岩挤压大变形进行二维数值模拟,并对施作让压锚杆进行工程整治的主要有关设计参数进行分析计算。"边支边让、大尺度让压锚杆"方法已先后在几处工程中得到了成功实施,取得了应有的经济效益,其工程技术收益应更受业界关注。

膜土防渗系统对高土石坝坝体应力的改善

以四川瀑布沟心墙土石坝为例,应用有限差分软件FLAC 3D建立高土石坝的三维模型,主要对土工膜与粘土心墙联合防渗的结构作力学方面的分析,对比了以下3种情况下的应力状态:①坝体与地基接触部分不设置高塑性粘土的情况;②坝体与地基接触部分设置高塑性粘土的情况;③坝体与地基接触部分不设置高塑性粘土,但是心墙前铺设土工膜的情况。对比分析应力水平可知,土工膜的铺设不仅可以代替高塑性粘土起到防渗的优良效果,而且能够改善坝体内的应力状态,有效削弱心墙前的拱效应,从而提高防渗心墙的安全性。

工程地质教学研究——以港珠澳桥隧工程为案例

工程地质是土建类专业的一门必修专业基础课程。针对普通地方高校学生地质基础比较弱、而工程中的地质条件非常复杂，国民经济建设对工程安全的重要意义非常大等特点。笔者结合自己十余年的教学经历，依托土力学、基础工程、工程地质、路基工程和隧道工程等精品课程和教材建设的实践，通过改善工程地质教学措施和授课方式，充分运用现代科学技术方法、结合国家重大工程建设的热点与实例，开展案例的复杂性分析和启发式教学，对培养基本功扎实、具有创新意识和能力的现代工程技术人才起得了较大的推动作用。

数值模拟加筋长度对挡土墙工作性态的影响

应用有限差分软件FLAC 3D对有实测工程资料的加筋挡土墙进行数值模拟,在数值模拟的基础上通过改变加筋的加筋挡土墙来研究加筋长度对挡土墙工作性态的影响,通过模拟分析表明挡墙面板侧向位移及加筋层拉应力随着加筋长度的增加而减小,且筋材的最大拉应力集中在加筋挡土墙的底部,可能剪切破坏面随着加筋长度的增加而向远离面板的方向移动。

隧道围岩弹性模量及泊松比反演程序开发与验证

对UCODE软件进行编程二次开发,建立该软件与有限元软件间接口,实现UCODE程序与有限元软件间的实时数据交换.以浙江某穿山隧道为工程背景,进行围岩弹性力学参数反演程序验证.以隧道围岩弹性模量E及泊松比v为待反演参数,弹性模量E反演初始值分别设定为真值的1/2和2倍,泊松比v反演初始值作相应变化.反演分析结果表明,无论待反演参数初始值如何取值,反演结果都收敛于真值附近,且与真值误差不超过3%,验证了反演程序的稳定性和精确性.

土木工程教育CDIO创新人才培养模式下的土力学与基础工程教学研究

土力学与基础工程是一门实用性较强、同时具有理论科学和工程学科的属性的课程。本文针对土木工程专业土力学与基础工程课程教学现状及教学过程中存在的问题,进行了深入的分析。并结合地方高校的特点,基于大土木工程背景,对个性化创新人才培育的教学模式进行了有益的探索,提出了教学内容模块化、教学手段多元化、教学模式个性化等各种措施。基于创新型人才培养模式,结合本人在教学工作中的经验,对课堂土力学理论教学、土工试验教学、基础工程课程设计教学,提出自己的教学改革思考。土力学与基础工程课程涉及的理论公式与工程概念均较多,学生觉得难学,采用启发式教学,取得了很好的教学效果。通过CDIO工程教学理念的介绍,笔者尝试将CDIO理念应用于土力学与基础工程课程的教学改革,旨在提高该课程的教学效果和教学质量,加强学生自主学习能力和创新实践能力,以及创新创业精神的培养,收到了很好的效果。

农用灌溉泵站水电转换系数测定及预测研究

为精确获得农用灌溉泵站水泵水电转换系数,实现对灌区农业用水的准确度量,对工程区域内300多座农用灌溉泵站水泵进行统计分类,并对其中约40%的水泵进行“以电折水”转换系数的实测。对泵站水泵出水量按需采用4种测试方法(水文法、容积法、仪表法和集成法)进行测量。研究发现:ZLB350水泵水电转换系数总体高于ZLB500水泵,HW350水泵水电转换系数总体低于HW500水泵。采用效用分析,对水泵型号和水泵电机功率两个因素进行分析,得到水泵型号权重为69%,水泵电机功率权重为31%,表明水泵型号对水电转换系数有更大影响。最后,根据27组ZLB500水泵实测数据,建立3种回归模型,对另外10组ZLB500水泵水电转换系数进行率定,并与实测值比较检验率定精度。结果表明:率定值与实测值之间最大相对误差为8%,满足使用精度要求。

基于BIM技术的桥梁工程课程教学改革研究

桥梁工程一门土木工程(道路桥梁方向)、交通工程专业的重要课程。本文首先介绍桥梁工程目前存在的教学现状,再结合BIM技术特性,改善桥梁工程课程的教学、实践教学工作。