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基于蠕变效应的加筋路堤变形特性有限元分析
| 论文题名： | 基于蠕变效应的加筋路堤变形特性有限元分析 |
| 关键词： | 土工织物;黏弹塑性;蠕变效应;本构积分;有限元分析 |
| 摘要： | 土工织物因其具有抗拉强度高、变形模量大、重量轻、透水性好和耐腐蚀等特点在道路、水利、岩土等工程领域的应用越来越广泛。土工织物在荷载作用下表现出较大的蠕变特性，该蠕变特性可通过蠕变幂率模型表示其应力应变关系；岩土材料在与时间相关的荷载作用下，不仅体现其流变特性，在一定应力条件下会产生塑性变形。该类岩土材料的本构关系可用黏弹-黏塑性或黏弹-塑性等模型来描述。该模型在考虑材料流变特性的同时，兼顾了材料塑性特性，且塑性参数由常规试验即可确定。本文采用有限元方法分析具有黏弹-Drucker-Prager塑性特性的岩土材料和用蠕变幂率模型来表示其应力应变关系的土工织物所组成的加筋土的变形特征。 本文主要内容包括： （1）对于常用的基本黏弹性元件的组合模型，一些商业有限元软件只能进行黏弹性计算，无法与塑性模型耦合；若进行黏弹-塑性分析，只能采用幂率关系的蠕变模型。本文针对基本黏弹性元件组合而成的黏弹性模型和岩土材料常用的Drucker-Prager塑性屈服模型，应用黏弹性积分型本构关系的增量叠加算法，将黏弹性问题在每个时间步长线性化后与塑性本构积分相耦合；考虑线性各向同性硬化，获得封闭形式的解析解，从而实现显示计算，给出了严格的黏弹-塑性模型的数值计算方法，并导出材料的一致切向矩阵，最后通过ABAQUS软件中所提供的UMAT材料子程序完成计算。 （2）土工织物的作用，主要通过土与土工织物的摩阻力限制土体变形体现。基于前人的试验研究，土工织物与土体的摩阻力和其相对剪切位移呈非线性特征，其本构关系可用有限元法中的 Goodman接触单元描述，采用 ABAQUS软件的用户自定义摩擦子程序FRIC实现。 （3）在有限元分析过程中，采用两种模型进行对比分析：不考虑土体和土工织物的流变效应；考虑土体的流变和筋材的蠕变特性，分析长期荷载作用下路面的变形特性并分析具有局部下伏采空区高填方路堤的变形特征。 计算结果表明，对于长期荷载作用下的加筋路堤变形分析，考虑岩土的流变和筋材的蠕变特性，可以更好地揭示其在长期荷载作用下随时间变形特征。在高填方路堤中铺设土工织物可以明显提高路堤的稳定性，减小路堤产生的位移，有效提高路堤的抗变形能力。 |
| 作者： | 常键 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 闫富有 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 郑州大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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