黏彈--塑性地基固結沉降有限元分析.pdf

1、流變性是許多巖土材料的重要變形特性，固結是巖土工程的基本研究課題之一。固結分析經(jīng)歷了從太沙基的一維固結、比奧固結到彈塑性固結和流變固結分析等過程。根據(jù)巖土材料的流變特性，流變固結可分為黏彈性、黏彈-塑性和黏彈-黏塑性固結等類型。黏彈性固結不考慮土的屈服特性，黏彈-黏塑性固結耦合了黏彈性和黏塑性變形特性，采用與塑性應變率相關的塑性流動，但試驗確定其黏塑性黏性系數(shù)等參數(shù)并非易事。黏彈-塑性固結耦合了黏彈性固結和常規(guī)塑性固結二個方面，其計算包

2、括的黏彈性參數(shù)和常規(guī)的塑性參數(shù)便于確定。該模型既考慮了材料的黏彈性行為，又兼顧了固結過程中的塑性屈服特征。
　　本文針對由基本黏彈性元件組成的黏彈性和各向同性硬化、雙曲線Drucker-Prager塑性耦合的黏彈-塑性模型，考慮黏彈性應變歷史，基于黏彈性蠕變柔度，通過定義黏彈性等效剪切模量和等效體積模量，導出通用的黏彈性應力增量遞推公式，采用黏彈性“預估”和塑性“校正”兩步算法實現(xiàn)應力的更新，給出改進的本構積分完全隱式算法和計算公

3、式。通過ABAQUS所提供的UMAT材料子程序實現(xiàn)黏彈-塑性固結有限元法計算。最后對地基的黏彈性、彈塑性和黏彈-塑性固結進行對比分析。所做工作主要結論如下:
　　(1)把黏彈-塑性模型的應變增量分解為黏彈性和塑性增量兩部分，考慮黏彈性應變歷史，基于黏彈性蠕變柔度，通過定義等效剪切模量和等效體積模量，導出了通用的增量迭代公式。通過黏彈性“預估”和塑性“校正”兩步算法實現(xiàn)對應力的隱式更新，給出了修正的完全隱式算法和計算公式。無論黏彈性

4、元件串聯(lián)數(shù)目的變化，還是黏彈性Burgers模型，均無需改變計算公式或調整計算程序，實現(xiàn)了黏彈-塑性固結的統(tǒng)一算法和程序。
　　(2)計算分析表明，由于本文采用了基于黏彈性蠕變柔度的應力遞推算法和塑性完全隱式算法以及完整的計算公式，經(jīng)過二、三個迭代步，隱式迭代均可收斂，應力點均能很好地返回到屈服面上。表明本文算法和精度能夠很好地滿足計算要求，避免了應力飄移現(xiàn)象，為流變固結計算提供了一種有效方法。
　　(3)算例分析表明，在相