庫水循環(huán)加卸載條件的數(shù)值實現(xiàn)方法及應(yīng)用.pdf

1、國內(nèi)外大量實例統(tǒng)計顯示:水庫庫岸邊坡失穩(wěn)并非發(fā)生在第一次蓄水或降水時期,而是庫水循環(huán)加卸載作用下,岸坡土體不斷變形直至失穩(wěn)。長江三峽庫水水位每年在175m與145m之間進行周期性調(diào)節(jié),這也導(dǎo)致部分古滑體的復(fù)活和新滑體的產(chǎn)生。近幾年統(tǒng)計資料顯示,庫區(qū)的很多滑坡隨著庫水位波動發(fā)生不同程度的階梯式變形。由此可見,庫水位周期性變動作用下,水分的滲入或滲出必將造成岸坡土體孔隙壓力和有效應(yīng)力的周期性卸載或加載,從而引起土體的變形。
　　傳統(tǒng)的

2、土體彈塑性本構(gòu)模型,考慮屈服面以內(nèi)是彈性區(qū)域,任何應(yīng)力條件下只產(chǎn)生彈性變形,現(xiàn)有邊界面等模型可以描述循環(huán)荷載作用下土體變形,但是參數(shù)較多,并且其中很多參數(shù)物理意義不明確等缺陷導(dǎo)致其在巖土工程方面應(yīng)用不宜推廣。由姚仰平提出的統(tǒng)一硬化模型(UH模型)能夠反映土在循環(huán)荷載下應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律,并且參數(shù)同修正劍橋模型(MCC),可通過常規(guī)實驗得到;可以描述循環(huán)加卸載條件下的土體的變形特征。本文基于現(xiàn)有研究成果,對能夠反映循環(huán)加卸載條件的UH模型進行

3、UMAT二次開發(fā),通過模擬不排水三軸和單循環(huán)三軸以及特殊應(yīng)力路徑下飽和土三軸實驗,說明開發(fā)程序的效率以及正確性,最后通過三峽庫區(qū)白鶴坪崩滑體的模擬說明程序在工程方面的應(yīng)用。主要的研究內(nèi)容與成果有:
　　1)結(jié)合統(tǒng)一硬化模型中應(yīng)力路徑無關(guān)的統(tǒng)一硬化參數(shù)和土體剪脹方程,分析塑性體積應(yīng)變對硬化參數(shù)的影響,并通過對比試驗結(jié)果確定統(tǒng)一硬化參數(shù)的表達式,推導(dǎo)統(tǒng)一硬化模型應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)方程。
　　2)通過三種有限元算法的對比,始點剛度法和

4、中點剛度法對應(yīng)力狀態(tài)的判斷滯后,計算精度稍差;增加了判斷當(dāng)前應(yīng)力狀態(tài)是否為加卸載狀態(tài)的帶誤差控制的改進Euler算法計算更加高效。通過對統(tǒng)一硬化模型應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、屈服面、流動法則和硬化規(guī)律的推導(dǎo),求解出相應(yīng)的誤差控制方程和應(yīng)力應(yīng)變矩陣,得到一致切線模量和雅克比矩陣的表達形式。
　　3)針對一個單元進行不排水靜三軸和單循環(huán)三軸的模擬,模擬條件及參數(shù)同范慶來等,并將模擬成果進行比較,二者所得曲線趨勢相同;將計算結(jié)果與 FLAC3D中

5、相同條件下MCC模型的應(yīng)力結(jié)果對比,兩者比較接近,說明開發(fā)的UMAT子程序通過了單元測試。
　　針對課題組所做特殊路徑下飽和土三軸循環(huán)加卸載實驗進行模擬,通過實驗數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果的比較,結(jié)果比較吻合,再次證明開發(fā) UMAT子程序的正確性,同時說明了隨時間變化應(yīng)當(dāng)考慮土體作為一種特殊材料的損傷變形。
　　4)通過對三峽庫區(qū)白鶴坪崩滑體進行變形模擬分析,并對比庫區(qū)專業(yè)監(jiān)測成果,得到如下結(jié)論:模擬結(jié)果與監(jiān)測成果趨勢基本一致,土體變形