三维Biot固结理论的一种张量形式有限元算法

基于Biot的假定,从连续介质力学的弹性方程开始,利用张量推导三维Biot本构方程,再根据Darcy定律推导出了控制方程,并对三维Biot问题控制方程进行空间离散和时间离散,给出空间有限元格式以及时间差分格式,便于后续计算机求解。

三维渗透各向异性层状地基Biot固结分析

从渗透各向异性三维Biot固结问题的基本控制方程出发,引入中间变量和Laplace-Fourier积分变换,构造出两组变换域内的状态方程,利用Cayley-Hamilton定理得到渗透各向异性单层地基三维Biot固结问题的传递矩阵;根据边界条件和层间连续条件,并结合传递矩阵的性质和Laplace-Fourier逆变换技术,从而求解出渗透各向异性层状地基三维Biot固结问题。此外,编制相应的程序,并将计算结果进行分析和比较,结果表明土体的渗透各向异性性质对固结过程有较显著的影响。

砂井地基数值计算中的三维排水板单元及其验证

根据砂井地基中的塑料排水板的力学、渗流特点,提出了三维排水板单元的有限元格式、矩阵表达式,并将其结合到三维Biot固结有限元程序当中。将排水板单元有限元法与常规有限元、Hansbo解进行了比较,结果表明排水板单元有限元法能较好地模拟塑料排水板在砂井地基中的应用。

真空-堆载联合预压软基中PVD单元的构造及应用

根据真空-堆载联合预压软基中塑料排水板的作用特点,提出了PVD单元的概念以及有限元格式、矩阵表达式,并将其结合到三维Biot固结有限元程序中.对真空-堆载联合预压计算例题,用PVD单元有限元法、常规有限元法进行了计算、比较,结果表明PVD单元有限元法能较好地模拟塑料排水板在真空-堆载联合预压地基中的应用.

盾构隧道开挖引起地表固结沉降的数值模拟

ANSYS12.0中的Cpt215单元在Solid45单元的基础上,加入了节点水压自由度,使得土体渗透问题可以脱离传统的热量传递问题直接进行数值模拟。Biot从连续介质的基本方程出发,推导出了能准确反映孔隙水压力消散与土体骨架变形相互关系的三维固结方程。基于Biot三维固结理论,利用ANSYS12.0的CPT215单元,对盾构隧道开挖引起的超孔隙水压力的消散过程进行数值模拟,并研究由于超孔隙水压力消散引起的地表固结沉降。基于上海地铁2号线的开挖,将数值模拟的结果与实际监测到的规律进行比较(包括超孔隙水压力的消散过程和地表固结沉降历程),对超孔隙水压力区域数值、消散过程、地表固结沉降历程等进行分析。

砂井地基固结三维非线性有限元及材料参数反演分析

引入一种新型排水板单元,将其结合到三维Biot固结有限元程序中,简化了砂井地基三维有限元模拟和计算工作量.同时,将三维非线性Biot固结有限元法与基于改进遗传算法的材料参数反演分析方法相结合,编制了能够进行砂井地基正演和反演计算的数值模拟程序,用于堆载预压下砂井路基固结变形的工程模拟.反演结果与实测吻合良好.