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砂土液化流动变形的简化方法 总被引：1，自引：0，他引：1
已有的液化砂土流动特性试验结果表明,砂土在液化流动状态下是剪切稀化非牛顿流体,可以用幂函数表示其剪应力-剪应变率的关系,从而建立了砂土液化流动的本构方程。基于FLAC3D程序的二次开发平台,将液化流动本构方程开发到FLAC3D中,建立了液化流动变形的简化分析方法。通过倾斜场地的液化流动变形分析,发现倾斜场地的液化变形曲线可以用正弦函数曲线描述,这与Towhata的理论分析成果一致,验证了本方法的合理性。分析了液化层坡度、稠度系数、流动指数以及弹性参数等变量对液化变形的影响。计算结果表明,液化变形随液化层坡度的增大而逐渐增大,液化砂土的稠度系数和流动指数对液化流动变形有重要的影响,而弹性参数对变形基本无影响,因此,在实际工程分析中,需要对流动模型参数进行深入研究。 相似文献
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饱和砂土局部变形带模拟的有限元数值实现 总被引：1，自引：0，他引：1
基于有限变形理论,推导了Newton-Raphson 迭代算法在k+1步增量表达的矩阵形式,实现了饱和砂土变形局部化的有限元数值计算,得到了饱和砂土发生局部化变形的准则。基于Galerkin 方法,得到了位移场和应力场的空间离散化矩阵方程;由土体局部变形带的连续性条件,引入第1切线算子,推导出了砂土等颗粒状媒介发生局部化变形的必要条件。基于此核心算法,编制了有限元计算程序,模拟了饱和砂土在不排水条件下平面压缩过程中剪切带的形成与发展;通过比较分析,研究了有限元网格粗细对于土体局部变形带的影响,结果表明,网格粗细的病态依赖只是微小的,它只与变形条带的宽度有关,对于土体所表现出来的其他力学特性没有影响。 相似文献
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在有限元数值计算平台上,建立了一套基于后验误差评估和Delaunay三角剖分的网格自适应方案,针对饱和砂土静力受压和地震液化的特性进行模拟。验证了超收敛单元片回归（SPR）误差评估中原用于四边形单元的双线性回归函数在用于三角形单元网格时的适用性和可靠性;在饱和砂土动、静力算例中,网格自适应计算获得的变形、应变、超孔压比等的变化规律与常规有限元结果趋势一致。随着网格的再生成,参考点的位移和全域的平均相对误差逼近精确值。对于初始网格,讨论了合理的自适应程度并应用于地震液化的自适应数值模拟中,也对Delaunay三角剖分实施了一些改进。最终证明该自适应方案在提高计算效率的同时,亦可以保证计算所需的精准度。 相似文献
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钻井船插桩对邻近桩影响的耦合欧拉-拉格朗日有限元方法研究 总被引：2，自引：0，他引：2
依据模拟钻井船在黏土层中插桩对邻近桩影响的离心模型试验结果,研究了通过耦合欧拉-拉格朗日（CEL）有限元计算并结合非线性地基梁有限元计算,分析钻井船插桩对邻近桩影响问题的可行性。CEL有限元方法将产生大变形的土体设为欧拉体,采用欧拉有限元方法计算该区域的变形响应,计算过程中,欧拉体的空间网格形状、大小位置保持不变,物质可在网格之间运动;其他土体设为拉格朗日体,采用拉格朗日有限元方法计算变形响应,计算过程中,物质的运动和网格的变形保持一致。运用罚函数方法实现欧拉体与拉格朗日体的耦合。通过CEL有限元计算,可以确定钻井船插桩导致的邻近桩桩身水平位移。进一步通过非线性地基梁有限元模型计算确定桩身弯矩。计算结果表明,利用CEL有限元方法并结合非线性地基梁有限元方法计算出的桩身位移和弯矩沿桩长的变化与离心模型试验结果基本一致。说明采用CEL有限元方法并结合非线性地基梁有限元方法分析黏土层中插桩对邻近桩的影响问题是可行的。CEL有限元模型中欧拉土体范围的设置对计算结果有明显影响。研究表明,若插桩深度小于0.75倍桩靴直径,可将欧拉土体范围设置成1.00～1.25倍桩靴直径;若插桩深度大于0.75倍桩靴直径,将欧拉土体范围取为插桩深度以下0.5倍桩靴直径是恰当的。 相似文献
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引用了流体饱和两相多孔介质的动力控制方程分析半空间埋置动点源荷载问题的位移和变形。经过Laplace Hankel变换 ,控制方程化成常微分方程组。利用数学软件mathmatic对上述方程组求解 ,可以得到单层砂土的传递矩阵。分析过程中 ,假设在两层面上 ,位移与应力相互连续 ,可以借鉴有限元的思想进行耦合计算。这样就获得了在饱和砂土中施加竖向动荷载问题的Laplace Hankel变换解 ,其最终的解还需要通过Laplace Hankel逆变换得到 相似文献
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通过FLAC3D二次开发平台,在VC++环境下实现了基于砂土液化大变形机制的变动映射中心边界面弹塑性模型的二次开发。基于饱和砂土液化大变形本构理论,该模型符合三维应力空间边界面映射规则,并引入临界状态变量,可实现对不同密度和围压状态下砂土液化大变形分析。针对FLAC3D程序混合离散技术与数据调用模式和模型的体积相容性条件,测试分析了将模型采用不同植入方案的计算稳定性,开发了在FLAC3D混合离散技术下不同子区共享映射中心,进入与离开液化状态保持同步的开发方案,并给出模型开发的关键技术与实施方法。利用开发的模型,对饱和砂土开展了不排水/排水/循环三轴试验与不排水循环扭剪试验模拟,及三维地基的动力反应分析。计算结果表明,模型及所开发程序具有很好的模拟与分析砂土液化后大变形的能力。 相似文献
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基于Yang和Ahmed[1－5]等提出的砂土液化大变形本构模型,对该模型的硬化规则和弹塑性模量确定方法作了改进,把该本构模型扩展应用到三维液化大变形的数值分析中,实现了基于ABAQUS大型商用软件计算平台上砂土液化大变形的计算子程序开发。基于该计算平台,对该模型的主要参数在描述砂土液化动孔隙水压力增长和动应力-应变关系曲线等方面的可靠性和敏感性进行了研究。给出了模型全过程参数、剪胀过程参数、剪缩与剪胀状态转换点流动变形量控制参数对试样的应力-应变关系曲线的影响程度及其规律,并对模型的主要参数的敏感性进行了分析,所得结论为通过动三轴试验获得相关模型参数提供了有效的指导和帮助,同时也发展了砂土液化大变形新的数值计算方法。 相似文献
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《岩土力学》2017,(6)
饱和砂土在地震荷载的作用下往往会产生液化变形,包括竖向震陷和侧向扩展。砂土由于液化的作用,其渗透系数会发生改变,而目前描述砂土液化变形的本构模型均采用常量渗透系数,这是造成自由场地的震陷数值模拟结果低于试验观测值的重要原因之一。利用开源有限元平台Open Sees对饱和砂土的自由场地震陷进行模拟分析,对比离心机模型试验,分析了渗透系数对饱和砂土液化震陷的影响。为进一步提高数值模拟的准确性,采用了适合于动力分析及液化模拟的边界面模型。与固定渗透系数模型相比,最终提出的变渗透系数模型允许液化状态的渗透系数升高为初始值的数倍,该模型模拟结果较好,可以作为从渗透模型角度提高数值模拟精度的近似考虑。通过一系列的模拟和分析发现,采用合理的变渗透系数模型,可在一定程度上提高砂土自由场地地震液化震陷的数值模拟精度。 相似文献
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无加筋、加筋砂土蠕变特征的有限元分析 总被引：1，自引：1，他引：0
根据分级加载条件下的蠕变试验,分析研究了无加筋砂土和土工格栅加筋砂土的蠕变特征,发现蠕变变形与分级加载时的应力水平、初始蠕变应变速率有很大关系,且蠕变后以恒定应变速率重新加载时呈现出刚度很大、近似弹性的行为。针对无加筋砂土和土工格栅加筋砂土提出一种弹黏塑性有限元计算方法。有限元计算过程中,砂土和土工格栅均采用统一的3要素弹黏塑性本构模型。该方法能够对含多个蠕变段的恒定应变速率加载全过程进行模拟。通过试验结果与有限元计算结果的比较,表明所提出的弹黏塑性有限元计算方法能较好地模拟无加筋砂土和土工格栅加筋砂土的蠕变特征,特别是蠕变后重新加载时的刚度很大、近似弹性的行为。 相似文献
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自然单元法(NEM)是较近出现的一种无网格方法,其形函数兼有无网格的特点和传统有限元的优点,是一种理想的适合岩土工程问题计算的新型数值方法。介绍了自然单元法的基本原理和特性,并讨论了其在岩土工程中的具体应用。将Goodman单元引入自然单元法以实现对不连续面的模拟,研究表明,在NEM中加入节理单元的总体原则和具体的实施细节与FEM中完全相同;而在一般的无网格方法中,则稍微复杂一点。为了实现对岩土工程中常见的无限域或半无限域问题的模拟,引入了无界单元;由于自然单元法的特性,自然单元法和无界元可实现无缝“耦合”。具体的数值算例验证了上述思路。 相似文献
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讨论了亿万单元有限元模型的可扩展并行计算方法。从软件和硬件两个方面提出了前处理、并行计算方法、程序算法、后处理实现等核心问题的解决方案。采用网格加密方法生成一亿单元的有限元模型,利用对偶原始有限元撕裂内联法（FETI-DP）求解系统方程。基于图论理论建立了子区域间的通讯拓扑关系,实现了子区域间点对点通讯,避免速度慢、通信量大的全局通讯。在自主开发程序基础上,增加相应模块,采用面向对象编程技术和MPI消息传递库开发程序。对一个一亿多单元的工程实例运用5 000核并行计算,得到了超线性加速比。计算结果在专用图形工作站上进行后处理,显示和交互操作速度良好。研究在两方面实现了突破：一是将模型规模提高到了一亿多单元;二是同时调用了5 000个计算核来并行运算,并得到了很高效率。高分辨率有限元并行模拟研究成果可为岩土工程中结构特别复杂、计算区域特别大、地质情况复杂等模拟提供很好的技术方法和实现手段。 相似文献
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The elasto-plastic analysis of a circular underground opening using the finite element method (FEM), the coupled finite element and the boundary element method (FEBEM) is presented. The coupling procedure and elasto-plastic formulation are discussed. The effect of in situ stress ratio on yielded zone, displaced shape and principal stresses is presented. The results of FEBEM analysis are compared with those obtained from FEM. The computation time and the number of iterations as required by FEBEM and FEM are compared. 相似文献
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In finite element calculations the constitutive model plays a key role. The evaluation of the stress response of the constitutive relation for a given strain increment, which is a time integration in the case of models of the rate type, is a typical sub task in such calculations. Adaptive behaviour of the time integration is essential to assure numerical stability and to control the accuracy of the solution. An adaptive second order semi-implicit method is developed in this paper. Its numerical behaviour is compared with an adaptive second order explicit scheme. The two proposed methods control the local error and guarantee numerical stability of the time integration. We include several numerical geotechnical element tests using hypoplasticity with intergranular strain. The element tests simulate the behaviour of a finite element method based on the displacement formulation. 相似文献
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Seepage-stress coupling is a key problem in the field of geotechnical engineering, and the finite element method is one of the main methods to study seepage-stress coupling in rock masses. However, the finite element method has issues of poor stability, low efficiency, and low accuracy in the simulation of the seepage-stress coupling problem. In this paper, the homogeneous saturated rock mass is taken as the object to deduce the control equation based on the Biot's theory. Considering the singularity of the coupling matrix, the discrete equation is converted into a precise integral format, and the equation is solved by the precise integration method to avoid instability and low precision. The precise integration method in this paper has good numerical stability, fast convergence speed, and high simulation accuracy, which effectively facilitates the rapid and stable numerical simulation of the seepage-stress coupling problem using the equivalent continuum medium model. The validity and accuracy of the precise integration method for seepage-stress coupling problems are verified by numerical examples. 相似文献
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It is well known that the Babuska–Brezzi stability criterion or the Zienkiewicz–Taylor patch test precludes the use of the finite elements with the same low order of interpolation for displacement and pore pressure in the nearly incompressible and undrained cases, unless some stabilization techniques are introduced for dynamic analysis of saturated porous medium where coupling occurs between the displacement of solid skeleton and pore pressure. The numerical manifold method (NMM), where the interpolation of displacement and pressure can be determined independently in an element for the solution of u–p formulation, is derived based on triangular mesh for the requirement of high accurate calculations from practical applications in the dynamic analysis of saturated porous materials. The matrices of equilibrium equations for the second‐order displacement and the first‐order pressure manifold method are given in detail for program coding. By close comparison with widely used finite element method, the NMM presents good stability for the coupling problems, particularly in the nearly incompressible and undrained cases. Numerical examples are given to illustrate the validity and stability of the manifold element developed. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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储层流固耦合的数学模型和非线性有限元方程 总被引：2，自引：0，他引：2
根据饱和多孔介质固体骨架的平衡方程和多孔介质中流体的连续性方程,建立了储层流固耦合数学模型。模型中引入了Jaumann应力速率公式描述多孔介质固体骨架的大变形效应,并考虑了地应力、初始孔隙压力、初始流体密度和初始孔隙度对耦合模型的影响。基于与微分方程等价的加权余量公式,在空间域采用有限元离散,对时间域进行隐式差分格式离散,导出了以单元节点位移和单元节点孔隙压力为未知量的储层流固耦合的非线性有限元增量方程。该模型在石油工程中有广泛的应用,为储层流固耦合的数值模拟奠定了理论基础。 相似文献