详情

原文传递格栅加筋土挡墙弹粘塑性动力有限元分析

论文题名：	格栅加筋土挡墙弹粘塑性动力有限元分析
关键词：	格栅加筋土挡墙;弹粘塑性动力;有限元分析
摘要：	加筋土挡墙是由面板、填料、筋材等组成的复合结构，近年来已广泛应用于公路、水运、水利、铁路等各类土建工程的支挡结构中，取得了极为广泛的经济效益、社会效益和环境效益。尽管如此，目前关于土工加筋结构的工作机理尚未得到清楚的认识，设计理论与方法还远远落后于工程实践，缺乏严密的分析理论与计算方法。另外，作为高分子聚合物的合成材料，各种土工合成材料在一定的环境温度条件下和在拉力的长期作用下往往表现出比较明显的蠕变特性粘性效应。然而考虑加筋材料的蠕变特性，土工加筋结构的长期变形特性及其工作机理更缺乏系统而深入的探讨。因此，本文以格栅加筋土挡墙这种结构作为研究对象，通过复合材料理论中的自洽理论，把格栅和一定厚度的土体视为复合材料，不考虑土工格栅与土体的相互滑移，从而也解决了筋材无厚度问题，这样对加筋土数值计算带来方便。通过这种复合材料的方法，可以把格栅的蠕变特性通过转化为筋土复合材料弹粘塑性问题来进行分析。本文在分析加筋土挡墙国内外研究动态所取得的研究成果的基础上，采用理论分析和数值模拟方法，开展格栅加筋土挡墙结构特性和破坏机理研究。论文的主要工作和结论如下： (1)对加筋土理论研究中普遍关心的筋-土相互作用机制和加筋土的分析理论等问题的研究成果进行了回顾：对加筋土挡墙破坏模式进行了分析；对加筋土挡墙结构稳定性分析的主要内容及主要的分析方法进行了分析比较(2)通过对材料的流变理论介绍，对土和土工格栅的流变本构方程及力学模型中常用的线性粘弹塑性模型理论进行讨论，并对土和土工格栅的粘弹性、粘塑性以及粘弹塑性三种非线性流变特性进行分析，进而对土和土工格栅非线性蠕变变形的类型进行说明，最后讨论流变问题求解方法。 (3)分析讨论了土体弹塑性本构模型；基于不同屈服准则，推导了用于数值分析的土体弹塑性本构矩阵。根据格栅加筋土挡墙的结构特点引入了“应变相容”的基本概念，作为格栅加筋土挡墙强度分析中筋-土相互作用的模型和基础；然后基于复合材料理论和自洽方法导出了筋土复合材料的弹性矩阵；最后分析了筋土复合材料变形和破坏过程，推导了能同时适用于筋土复合材料变形和破坏过程的前三个阶段的屈服准则。 (4)根据土体及筋土复合材料本构模型，编制了适用于平面问题和轴对称问题的弹塑性有限元动力数值分析程序，对台阶式加筋土挡墙进行了分析。数值分析全面地反映了加筋土挡墙的位移、应力、筋带拉力及塑性区的分布和变化规律，结果吻合较好，证明了本文数值分析方法的正确性和可靠性。 (5)通过对土工格栅和土蠕变本构关系的分析，基于第四章介绍的复合材料理论，推导出加筋土的蠕变本构关系，并且采用增量一迭代法来解决加筋土的二维流变问题。采用ABAQUS有限元软件来求解考虑土工格栅蠕变特性的筋土挡墙的位移、应力、筋带拉力及塑性区的分布和变化规律，最后和没有考虑土工格栅蠕变特性的数值计算作对比。通过计算表明筋材的蠕变影响在工程中不能忽略的。
作者：	李勤民
专业：	水工结构工程
导师：	周世良
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文