土方开挖粘塑性模糊随机损伤机理研究

以基坑工程为例分析了开挖损伤演变的模糊随机性并建立了广义非确定性空间O:ξ(s,f)。提出了初始损伤有效张量的概念模型,在"损伤源汇"概念基础上提出了模糊衰减模型,构造了粘塑性模糊随机损伤增量方程并实现了基坑开挖过程的模糊随机损伤模拟。在线性算子基础上提出了模糊随机损伤矢量极限值{Ωu},进而建立了以损伤有效张量为基础的粘塑性模糊随机损伤本构模型及粘塑性非线性模糊随机数值方法。在粘塑性模糊随机损伤有限元基础上建立了粘塑性模糊随机损伤变化率方程,实现了对基坑开挖过程中模糊随机损伤演变发展的全面模拟,完成了模糊随机卸荷损伤模型的构建。

非线性模糊随机损伤研究

为研究岩土材料非线性模糊随机损伤演变机理,建立广义非确定损伤力学模型,基于模糊随机双层数学覆盖下3种典型模糊损伤泛函,提出平面应变下服从随机β分布的各向异性初始模糊随机损伤场,及其广义FPDF(Fuzzy Probabilistic Density Function)、FCDF(Fuzzy Cumulative Distribution Function)数学模型。并基于黏-弹-塑性模糊随机初始损伤应力场模型及损伤矢量临界值算法,推导了黏-弹-塑性模糊随机损伤本构模型,及模糊随机损伤变化率指数模型方程与数字特征算法。基于土方开挖损伤增益,探讨基坑工程损伤演变及广义可靠性,结果表明:模糊随机损伤模型可根据材料强度耗散对损伤分布调整,以反映细观粒子间的凝聚或断裂造成的复杂宏观硬化-屈服-破坏-重分布-愈合等力学性征。得到结论:阶段卸载导致场内损伤增益由单汇向多汇发展,且强度指标变异累加会诱发可靠指标削减,这些规律性认识对实现全面化、精确化分析研究有重要意义。

模糊随机损伤非线性性态

从损伤形成的宏、微观机理出发揭示了损伤演化的模糊性和随机特征,提出了损伤泛函成立于模糊、随机双层数学覆盖之下进而构建了研究广义损伤泛函的广义非确定空间。提出了非线性损伤发展所依据的初始应力场;基于三种典型模糊损伤分布:降半分布、秋千分布、组合秋千分布,提出了平面应变下服从随机β分布的各向异性初始模糊随机损伤场,并基于初始模糊随机损伤有效张量给出粘-弹-塑性初始损伤应力场的模糊随机数值模型。提出并构造了损伤矢量临界值算法并基于此推导了平面应变条件下的损伤有效张量及模糊随机有效弹性矩阵族;由损伤材料粘-弹-塑性应变率演化通式提出了基于修正Mohr-Coulomb损伤破坏准则的粘-弹-塑性模糊随机损伤本构模型。就土方开挖的损伤增益特征,提出并构造了基于模糊衰减模型的模糊随机损伤增量方程,实现了对粘-弹-塑性模糊随机损伤增量方程卸载模型的全面阐述。考虑场内参数的空间离散及随机变异特征,借助本文提出的非线性模糊随机损伤力学模型,就某典型基坑工程开挖进阶过程中的损伤演变及广义可靠性进行了深入探讨,过程揭示了模糊随机损伤模型可以根据场内结构及材料强度耗散情况随时对损伤分布做出调整,以充分反映材料细观粒子间的凝聚或断裂造成的岩土结构宏观方面硬化-屈服-破坏-重分布-愈合等复杂力学性征,得到的规律性认识对于实现岩土工程全面化、精确化分析研究有重要意义。

双连梁短肢剪力墙结构非线性随机演化分析

在混凝土随机损伤力学研究的基本框架内，基于混凝土弹塑性损伤本构模型和概率密度演化理论，从荷载一位移曲线、混凝土和钢筋应变、混凝土损伤和截面内力几个方面对双连梁短肢剪力墙结构进行了分析．分别通过样本轨道、系综数值特征和概率密度三种方式描述了结构非线性随机演化力学行为．研究表明，在结构不同层次的反应中，出现了概率密度曲面“多脊”和“多峰”的复杂演化现象，混凝土非线性与随机性耦合使得结构不同层次的反应变得复杂多样．研究同时发现，在结构受力行为演化过程中，随机性与确定性之间可以互相转化．

粘塑性随机有限元及其对堤坝填筑问题的分析

基于Mohr-Coulomb破坏准则下材料的非线性特征,结合粘塑性应力空间内破坏准则被有限超越期间的稳定时间步长,对随机数学覆盖下粘塑性数值算法的逻辑实现过程进行推导,在直接偏微分理论基础上建立了三维及平面应变条件下粘塑性非线性随机有限元的本构关系式,进而提出了基于全量理论的粘塑性非线性随机有限元列式,并以堤防填筑工程为例,分析研究了土质堤坝分阶段逐步填筑过程中的随机演化机理及堤坝结构的可靠度安全性,实现了堤防填筑工程的全程随机模拟.

随机覆盖下堤坝填筑工程非线性可靠度理论研究

基于Mohr-Coulomb破坏准则下材料的非线性特征,结合粘塑性应力空间内破坏准则被有限超越期间的稳定时间步长,对随机数学覆盖下粘塑性数值算法的逻辑实现过程进行推导,在直接偏微分理论基础上建立了三维及平面应变条件下粘塑性非线性随机有限元的本构关系式,进而提出了基于全量理论的粘塑性非线性随机有限元列式,并以堤防填筑工程为例,分析研究了土质堤坝分阶段逐步填筑过程中的随机演化机理及堤坝结构的可靠度安全性,实现了堤防填筑工程的全程随机模拟。

层状地基非线性性态的数学模拟

基于Mohr-Coulomb破坏准则粘性时间步推导并建立了三维及平面应变条件下粘塑性非线性随机有限元的本构关系式,进而提出了基于全量理论的粘塑性非线性随机有限元列式。在Naylor孔隙水压理论基础上进一步提出了考虑各向同性及各向异性孔压条件下土体介质粘塑性非线性随机本构模型,分别就关联非关联流动法则两种工况对层状地基在增量加载条件下主要矢量场随机数字特征以及地基在各个加载时期的可靠度情况做了研究,形成了随机数学覆盖下完整的非线性数学模型。

基于不同损伤本构模型的钢筋混凝土剪力墙结构数值模拟

混凝土材料的力学行为具有典型的非线性与随机性特征。而科学合理的本构模型是进行混凝土结构动力反应与抗震整体可靠性分析的基础。为深入研究该问题,采用三类不同的混凝土损伤本构模型,包括混凝土塑性损伤本构模型、混凝土细观随机断裂损伤模型和考虑拉压软化效应的混凝土细观随机断裂损伤模型,对1个9层钢筋混凝土剪力墙结构进行精细化动力反应数值模拟,并与已完成的振动台试验结果进行对比。结果表明:采用三类模型均能较好地预测混凝土剪力墙结构的顶层位移最大值;然而,由于不合理地假定了损伤完全决定于塑性,采用经典塑性模型难以获得正确的结构层间位移角分布和损伤分布;与之相比,采用混凝土细观随机断裂损伤模型能够很好地反映混凝土结构的失效模式、裂纹开展和损伤分布,尤其通过进一步引入拉压软化效应,不仅能够定量反映上述特征及弯剪破坏形态,而且能够反映试验中存在的底部受压破坏模式。