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原文传递地铁隧道非线性动力反应分析

论文题名：	地铁隧道非线性动力反应分析
关键词：	地铁隧道;非线性动力;弹塑性本构模型;显式有限元;边界条件;数值积分格式
摘要：	本文系统回顾与总结了中外近年来关于地铁隧道地震反应及相关研究的发展与现状，并提出了一些存在的问题。文章从土体的动力本构模型、非线性动力有限元格式、边界条件以及地震波的输入等方面进行初步研究，并做了一定的改进。论文的主要工作如下： 1、考虑到在地震作用下土体主要表现为弹塑性变形，本文选取试验参数相对较少、在工程上使用相对较多的D-P弹塑性模型作为土体本构模型。在工程计算中，一般把D-P模型作为理想弹塑性模型使用，这在计算静力作用时是可取的。然而，研究表明在循环荷载作用下土体表现出硬化现象。因此本文在理想D-P弹塑性本构模型的基础上考虑了硬化作用，将其改进为考虑硬化的D-P弹塑性本构模型，并推导了与有限元相结合的应力．应变关系矩阵。通过算例证明，考虑硬化的D-P本构模型比理想D-P本构模型在动力计算中更符合实际。 2、在数值积分方法上，本文选取了相对节省机时的显式逐步积分格式。数值算例表明：使用文献[34]引用的思路推导的非线性逐步积分格式在应用于二维有限元计算时存在容易发生漂移、不利于与非线性增量有限元相结合等缺点。因此，本文结合中心差分和单边差分推导了另一种非线性显式逐步积分格式，解决了上述问题。 3、针对隧道衬砌混凝土的剪切波速比隧道周围土体的剪切波速大很多，隧道衬砌作为研究的主要对象，往往单元划分的相对较细这一现象，应用显式有限元的稳定格式c<,s>△t/△x<1计算得到在隧道区域使用的最大计算时步要比在周围土体区域使用的最大时步小得多。本文引用了周正华[59]提出的变时步积分方法，使用算例验证了此方法的精度，最终将其应用到二维动力有限元中，在计算土．隧道动力相互作用中大大节省了计算机时。 4、在边界处理上本文应用了一种精度可控的多次透射边界，在波动输入方面应有了波场分离技术。 5、最后，使用FORTRAN90语言编写了二维有隈元程序，结合哈不浜7381隧道工程，计算其在动力作用下的反应。
作者：	张亚军
专业：	岩土工程
导师：	景立平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国地震局工程力学研究所
学位年度：	2006
正文语种：	中文