幾類經(jīng)典巖土類材料彈塑性本構(gòu)模型及其敏感性分析方法研究.pdf

1、巖土類材料的非線性力學(xué)行為研究對(duì)于土-結(jié)構(gòu)相互作用體系或者壩-地基-庫(kù)水耦合體系的地震動(dòng)力響應(yīng)分析具有重要意義。比如砂土液化可能導(dǎo)致地基失效，繼而引起上部結(jié)構(gòu)破壞?；炷翂蔚膿p傷開(kāi)裂有可能演化成為壩的整體破壞甚至潰壩等重大災(zāi)變行為。因此深入研究巖土類材料地震過(guò)程中非線性破壞的力學(xué)行為是非常必要的。基于此，本文深入研究了三維J2模型，Cap模型、與壓力無(wú)關(guān)多屈服面黏土(MYS)模型、與壓力有關(guān)的多屈服面可液化砂土模型（包括砂土剪縮，剪脹，

2、液化和應(yīng)變滑移等復(fù)雜力學(xué)行為）、Drucker-Prager模型等幾類經(jīng)典的巖土類材料本構(gòu)關(guān)系，詳細(xì)闡述了這些模型的計(jì)算流程和數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法。此外，本文對(duì)MYS模型進(jìn)行了改進(jìn)，提出新的MMYS模型及其一致切線模量計(jì)算方法。基于連續(xù)最近點(diǎn)投影法，消除了MYS模型計(jì)算的三個(gè)最主要誤差來(lái)源，大大提高了其計(jì)算精度和數(shù)值穩(wěn)定性。并且，本文推導(dǎo)了MMYS模型的一致切線模量保證了牛頓迭代法具有二階收斂性，進(jìn)一步提高了計(jì)算效率。本文將上述幾種巖土類材料的

3、本構(gòu)模型在通用有限元軟件OpenSees(http://opensees.berkeley.edu)中編程實(shí)現(xiàn)，用于分析混凝土重力壩、樁土相互作用體系、壩-地基-庫(kù)水耦合體系的地震非線性動(dòng)力響應(yīng)。
　　另一方面，對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或者土-結(jié)構(gòu)體系，僅僅研究其動(dòng)力響應(yīng)是不夠全面的，有限元響應(yīng)的敏感性分析為其提供了一個(gè)非常重要和必要的補(bǔ)充?；谥苯游⒎址ǖ挠邢拊舾行苑治隹梢愿咝Ш途_地計(jì)算出其響應(yīng)的梯度，為參數(shù)不確定分析提供了一種重要分

4、析方法，同時(shí)也為基于梯度的優(yōu)化分析、系統(tǒng)識(shí)別、模型更新和參數(shù)重要性研究等問(wèn)題提供有效和實(shí)用的計(jì)算工具。在這個(gè)背景下，本文基于直接微分法推導(dǎo)了三維J2模型，Cap模型、Drucker-Prager模型、庫(kù)水模型(Acoustic fluid model)，庫(kù)水單元，壩體與水的接觸單元，透射邊界單元(Transmitting-absorbing boundary)和地基粘彈性人工邊界(Viscous-springboundaries)的敏感