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各向异性的摩尔库伦屈服准则及其在道路路堤中的应用
| 论文题名： | 各向异性的摩尔库伦屈服准则及其在道路路堤中的应用 |
| 关键词： | 道路路堤;摩尔库伦屈服准则;各向异性;数值模拟 |
| 摘要： | 我国东南沿海地区广泛分布着海湖河相淤泥、淤泥质黏土等软土地基，桩承式路堤具有处理深度大、路堤填筑速度快、施工质量高、造价理想等优势，因此被广泛应用于该地区的高速交通工程建设。然而，在以往的路堤受力及沉降分析中，并未考虑到路堤填料的各向异性。各向异性是土体的固有属性。土体沉积或填筑过程中，土颗粒在重力和外荷载作用下的排列状态表现出方向性，导致土体在不同方向上具有不同的强度和变形特性。 为考虑土体的各向异性，本文引入了强度参数的各向异性计算公式，修正了传统的Mohr-Coulomb模型，并通过数值模拟方法研究了各向异性对路堤受力及沉降的影响。本文的主要研究工作及结论如下： （1）针对有限元软件ABAQUS进行二次开发，使用Fortran语言编写了Mohr-Coulomb屈服准则材料子程序（UMAT）。建立了三维桩承式路堤模型，通过对比UMAT与ABAQUS源程序的计算结果，验证了材料子程序的计算精度。 （2）分别采用粘聚力c和内摩擦角φ的各向异性计算公式，将土体粘聚力及内摩擦角各向异性引入到Mohr-Coulomb屈服准则。通过设定不同的各向异性系数，研究了粘聚力和内摩擦角各向异性对路堤土拱效应的影响。结果表明，考虑粘聚力和内摩擦角的各向异性时，土拱效应减弱，路堤竖向荷载通过剪应力传递至桩顶的量减小，更多的荷载由桩间土承担，因此桩土应力比减小，软土压缩量增加，路堤沉降增大。 （3）对具有相同各向异性程度、不同粘聚力及内摩擦角大小的工况进行计算分析，研究了粘聚力及内摩擦角变化时路堤的受力和变形特点。研究发现，随着粘聚力及内摩擦角增大，路堤中土拱作用增强，导致路堤竖向荷载通过剪应力传递至桩顶的量增大，更过的荷载由桩体承担，因此桩土应力比增大，软土压缩量减小，路堤沉降减小。 （4）通过对比不同各向异性工况下的数值计算结果，研究了各向异性工况变化对路堤中土拱效应的影响规律。建立与工程案例一致的数值模型，将修正的各向异性Mohr-Coulomb模型在道路路堤工程中进行应用。将采用各向异性屈服准则的数值计算结果与实测结果进行对比分析，验证了本文数值计算方法的合理性与适用性。 |
| 作者： | 陈洁 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 庄妍;黄英豪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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