岩土介质流-固耦合非线性损伤力学理论与数值分析.pdf

浙江大学建筑工程学院
博士学位论文
岩土介质流-固耦合非线性损伤力学理论与数值分析
姓名:薛新华
申请学位级别:博士
专业:岩土工程
指导教师:张我华
20080301
岩土介质流一固耦合非线性损伤力学理论与数值分析摘要分析讨论,并以典型节点为例,计算了模型沉降、孔压值等的变化曲线。此外,对岩土体是自然界中一种内部富含各种缺陷缥⒘盐啤⒖紫兜的多相体,地下水在微裂纹、孔隙中的渗流作用影响岩土体中应力场的分布,同时岩土体中应力场的改变又使裂隙产生变形发展,影响裂隙的渗透性能,所以裂隙渗流场问题是一个多场αΤ⒈湫纬损伤场、渗流场等⒍嘞嘟橹流体、固体、颗粒体等詈系母丛佣ρ侍狻R虼耍它是近年来工程理论研究的热点问题,对它深入研究,不仅在理论上而且在工程应用上都有重要意义。如何引进损伤力学理论的优势。并对之进行合理的改进,同时考虑饱和水的影响,建立岩土体的渗流损伤本构模型是本文一个重点研究和探讨的问题。为此,本文在以下几个方面做了一些力所能及的工作。⒃谇叭搜芯抗ぷ鞯幕∩希⒄沽烁飨蛲缘苄运鹕说挠邢薇湫务詈侠砺邸J紫基于构形方法,对应力张量与应变张量、有效弹性能、塑性应变增量等进行了一些不同观念的描述,然后对基于构形的弹塑性损伤耦合模型进行了讨论,研究并发展了损伤材料的演化方程以及本构方程等,提出了各向同性弹塑性损伤有限变形耦合理论模型,即损伤有限变形运动学方程以及损伤本构方程等。⒃谇叭搜芯抗ぷ鞯幕∩希乒悴⒎⒄沽烁飨蛲运ū炅克鹕吮淞坷砺邸M频剂烁向同性双标量损伤弹性应变能释放率和损伤演化方程的表达式,并对各向同性双标量损伤变量模型的特征、可易性性质等进行了讨论和分析,为本文研究内容的创新点打下基础。⒋恿鹕肆ρУ慕嵌龋匝彝撂宓纳髁ρ匦越辛搜芯浚岢隽丝紫督橹释备的有效模型⒃诖嘶∩戏⒄沽松魑⒎址匠痰幕拘问揭约翱隙率和渗透系数演变的损伤岩土体渗透模型,并对常规渗透系数、有效渗透系数以及层状介质的有效渗透系数特性等进行了比较和分析。⒃诟飨蛲运ū炅克鹕吮淞磕P鸵约案慕目紫督橹释瓯傅纳魑⒎址匠獭⒋镂鞫律等基础上,修正理论的基本方程,用绦蛴镅员嘀屏搜彝撂辶饕还恬合的双标量损伤变量有限元程序⒌ケ炅克鹕吮淞砍绦駿变形损伤程序3绦蛑卸云苹档ピ;蚋咚沟愕挠α辛饲ㄒ菩拚V了程序验算结果的合理性和正确性。⒁砸桓鋈硗谅坊邢拊<蚧P臀@米灾鞅嘀频牡ケ炅克鹕吮淞苛饕还恬詈嫌限元程序⑺ū炅克鹕吮淞坑邢拊3绦駿约坝邢薇湫嗡鹕顺绦约扑隳P偷某两怠⒖籽埂⒂αΑ⒂Ρ湟约八鹕撕偷阅苁头怕实冉由于不同时间差分格式在预测路基工作性状方面究竟会引起何种偏差等目前尚不清楚的问题,本文利用编制的单标量损伤变量有限元程序源私辛思扑恪浙江丈学博上学位论文第
分析、讨论,得出了一些有益的结论。关键词:连续损伤力学;双标量损伤变量;弹塑性损伤有限变形运动学;应力迁移;流一固耦合;完备的有效桑煌瓯傅挠行赶凳盒拗沟耐瓯干魑⒎址匠浙江大学博士学位论文第页
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第一章绪论引言陖如矿觯型是建立在塑性增量理论的基础上,将总应变“视为由可恢复的弹性应变筒豢苫指吹弹性应变增量如,用弹性理论求解。塑性应变增量出伤苄栽隽坷砺奂扑恪O喽杂诘③粘弹一塑性本构模型④损伤本构模型岩土力学自从成为一门真正的独立学科以来,对岩土材料本构模型的研究一直是整个学科研究的基石和最为关键的问题,,岩土工作者从未放弃过对它的研究。严格的讲。目前的岩牧媳竟鼓P涂分为两大部分,即和时间有关的各种时效本构模型以及与时间无关的准静态本构模型。其中,准静态本构模型主要包括以下几种,现概述如下:①弹性本构模型岩土材料的弹性本构模型是岩土材料本构模型中历史最为悠久的、发展最为成熟的一类模型。这一类本构模型假定岩土材料为弹性材料,其应变可以恢复,利用弹性理论的成熟体系,建立了一系列本构模型,它主要包括线弹性模型、非线性弹性模型、次弹性模型和超弹性模型等几种,其中晟有代表一囊恍┠P椭饕S械丝弦徽拍P汀型、模型、甐詈夏P汀⑸蛑榻P偷取由于弹性理论发展较为完善、,目前主要集中在岩基、地基沉降计算、土的固结计算等领域。,但笼统地假定岩土材料为弹性材料是明显不完全符合实际的,对于岩土材料的一些重要特性,弹性模型难咀反映,故这一类模型有很大的局限性。②塑性本构模型由于弹性模型和岩牧系牧ρ匦杂薪洗蟮牟畋穑乇鹗羌俣ㄓΡ淇梢曰指词敲飨源误的,故利用塑性理论建立岩土材料的本构模型就成了一个重要的途径。岩土材料的塑性