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极限分析有限元法讲座Ⅲ--增量加载有限元法求解地基极限承载力 总被引：29，自引：6，他引：29
利用有限元法,通过增量加载的方式来求解地基极限承载力。随着荷载的逐渐增加,地基由初始的线性弹性状态逐渐过渡到塑性流动的极限破坏状态,此时有限元的计算将不收敛。它不但可以获得地基的极限荷载的值及荷载-位移关系,而且还能得到经典极限分析法中所采用到的破坏机构。当采用关联流动法则或采用剪胀角为 φ/2 的非关联流动法则时,获得的破坏机构与 Prandtl 的破坏机构一样。对 Prandtl 解的经典算例进行了分析,结果表明:屈服准则的选用对计算结果的影响很大,选择与实际问题相匹配的屈服准则方能得到比较精确的结果。在求解平面应变问题时,在关联流动法则条件下,采用Mohr-Coulomb 内切圆屈服准则,或在非关联流动法则下采用 Mohr-Coulomb 匹配 DP 准则所得结果与 Prandtl 精确解极为接近,可望应用于实际工程分析中。 相似文献
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光滑粒子流体动力学（SPH）是近年来发展起来的一种纯拉格朗日无网格法,并因其在大变形领域内的优势而受到广泛关注。在进行滑坡大变形分析时,流动法则及剪胀角的选取对于边坡失稳后的运动特性有重要的影响。采用Fortran自行编写了基于SPH的边坡稳定性及失稳后大变形分析程序,然后通过2个经典的算例,讨论了不同流动法则及剪胀角的选取对滑坡大变形分析精度的影响。结果表明：（1）剪胀角的选取对土体失稳后的滑动距离有显著影响,随着剪胀角的增大,土体的滑动速度与距离呈明显增大趋势;（2）在关联性流动法则及非关联性流动法则? =1/2? （? 为剪胀角,? 为摩擦角）条件下,土体在大变形过程中会产生过度膨胀,且运动速度与距离要大于实际情况,而采用关联性流动法? =0时,对于非膨胀土可以得到比较令人满意的结果,但对于膨胀土体会使得运动速度和运动距离过小,不符合实际情况。建议在计算膨胀土大变形时,采用非关联性流动法则且适当考虑膨胀性（? =(0.1～0.2)? ）,可以得到较好的结果。 相似文献
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剪胀角对求解边坡稳定的安全系数的影响 总被引：16，自引：2，他引：14
分析了目前用有限元方法求解安全系数时所存在的问题,同时,对于岩土边坡采用平面应变条件下基于非关联流动法则的D-P屈服准则,充分考虑岩土的剪胀性对边坡稳定安全系数的影响,修正了对于剪胀性的传统处理方法：过大的考虑材料的剪胀性的特点（ ）和完全不考虑材料的剪胀性的特点（ ）。算例结果分析表明,安全系数随剪胀角的增大而增大,在考虑剪胀性时,采用不同的屈服准则对边坡的安全系数是有很显著的影响的,误差可达30 %左右。 相似文献
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经过系统的塑性分析，建立了各向异性非线性广义极限平衡理论。考虑到岩土材料复杂特性，提出了有中主应力影响、拉任强度不等、材料各向异性、破坏曲线非线性、受非均匀温度场影响的综合屈服准则。应用塑性位势理论，导出了关联的流动法则。在平面应变条件下，给出了应力场基本方程。采用特征线方法求解，导出了滑移线斜率公式、应力沿滑移线微分方程。应用电算程序，可计算非正交、不对称的滑移线场解答。作为实际应用，导出了各向异性地基极限承载力公式。本文理论可简化得到许多经典理论解答。 相似文献
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岩土材料极限分析上界法的讨论 总被引：9，自引：2，他引：7
现行的极限分析上界法,尽管求解结果合理,但理论上却存在一些矛盾：如试验证明,关联流动法则不适用于岩土材料,而现行解法却采用了关联流动法则;传统分析中假设体积不变,但计算中却出现大于实际的体积剪胀变形;按关联流动法则,应力特征线与速度滑移线重合,但在分析中却采用速度方向与应力特征线方向成 角;实际土体破坏时,破坏面上同时存在着剪切力 和正应力 ,但在计算中却反映不出摩擦功。近年在中国日益兴起的广义塑性力学理论为岩土材料的极限分析方法提供了科学的理论基础。作者提出了基于广义塑性力学的极限分析上界法,消除了上述矛盾,并获得了正确的计算结果。通过同经典算法的比较,证明了两种方法的计算结果几乎是一致的,但现行方法计算简便,因而,可作为一种实用的计算方法。论文还对上述两种算法作了系统的分析与比较,指出了它们求解的相同点与不同点。 相似文献
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剪胀角是描述岩石体积膨胀扩容的常用参数,在非关联流动法则中,连续介质理论通常假设剪胀角为0;在关联流动法则中,其值恒定且等于内摩擦角。岩石三轴压缩全过程体应变曲线表明,其体积剪胀性依赖于围压和塑性参量,破坏过程中不仅其特征强度随围压和塑性参量呈非线性变化,而且剪胀特性也表现出非线性特征。基于塑性力学理论,针对锦屏大理岩损伤控制的全过程三轴加、卸载试验,采用双参数非线性函数拟合方法建立了能同时考虑围压效应和塑性参量的非线性剪胀角模型。结果表明,对于大理岩、中硬岩,在破坏过程中扩容行为强烈依赖围压和岩石塑性参量,均表现出先快速增加至峰值后,随着塑性变形增加逐渐减小的非线性演化规律。提出的双参数非线性剪胀角模型很好地描述了岩石破坏过程中的体积扩容特性,其结果对于研究地下工程围岩应力变化诱发的围岩剪胀破坏机制、体积扩容膨胀区范围预测和围岩支护的合理设计均具有一定的理论和工程应用价值。 相似文献
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基于连续介质理论中岩体的剪胀角与围压和塑性剪切应变密切相关,隧洞周边岩体的应力状态因开挖卸荷而发生应力重分布,迫使其围压由原地应力逐渐衰减,塑性剪切应变不断增加,引起剪胀效应呈非线性变化。首先,基于统一强度理论和非关联流动法则,将潜在塑性区围岩按等围压释放划分为若干同心圆,提出了考虑中间主应力和非线性剪胀性的有限差分法,计算应变软化围岩的力学问题,并以实例验证其正确性。其次,通过参数分析,研究塑性区内岩体的剪胀角受中间主应力、临界软化系数和支护力的影响规律。研究结果表明,中间主应力主要影响剪胀角的峰值,随着中间主应力效应增加,剪胀峰值增加;临界软化系数主要影响剪胀角的变化率,随着临界软化系数的增加,剪胀角变化缓慢;中间主应力和临界软化系数共同影响塑性区剪胀角的变化;随着支护力的增加,洞壁处的剪胀角增加;双剪强度理论计算的位移值较小,应谨慎采用,同时采用Mohr-Coulomb强度准则时可以适当考虑围岩的承载潜力。 相似文献
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《岩土力学》2021,(5)
基于连续介质理论中岩体的剪胀角与围压和塑性剪切应变密切相关,隧洞周边岩体的应力状态因开挖卸荷而发生应力重分布,迫使其围压由原地应力逐渐衰减,塑性剪切应变不断增加,引起剪胀效应呈非线性变化。首先,基于统一强度理论和非关联流动法则,将潜在塑性区围岩按等围压释放划分为若干同心圆,提出了考虑中间主应力和非线性剪胀性的有限差分法,计算应变软化围岩的力学问题,并以实例验证其正确性。其次,通过参数分析,研究塑性区内岩体的剪胀角受中间主应力、临界软化系数和支护力的影响规律。研究结果表明,中间主应力主要影响剪胀角的峰值,随着中间主应力效应增加,剪胀峰值增加;临界软化系数主要影响剪胀角的变化率,随着临界软化系数的增加,剪胀角变化缓慢;中间主应力和临界软化系数共同影响塑性区剪胀角的变化;随着支护力的增加,洞壁处的剪胀角增加;双剪强度理论计算的位移值较小,谨慎采用,同时采用Mohr-Coulomb强度准则时可以适当考虑围岩的承载潜力。 相似文献
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《岩土力学》2020,(5)
基于连续介质理论中岩体的剪胀角与围压和塑性剪切应变密切相关,隧洞周边岩体的应力状态因开挖卸荷而发生应力重分布,迫使其围压由原地应力逐渐衰减,塑性剪切应变不断增加,引起剪胀效应呈非线性变化。首先,基于统一强度理论和非关联流动法则,将潜在塑性区围岩按等围压释放划分为若干同心圆,提出了考虑中间主应力和非线性剪胀性的有限差分法,计算应变软化围岩的力学问题,并以实例验证其正确性。其次,通过参数分析,研究塑性区内岩体的剪胀角受中间主应力、临界软化系数和支护力的影响规律。研究结果表明,中间主应力主要影响剪胀角的峰值,随着中间主应力效应增加,剪胀峰值增加;临界软化系数主要影响剪胀角的变化率,随着临界软化系数的增加,剪胀角变化缓慢;中间主应力和临界软化系数共同影响塑性区剪胀角的变化;随着支护力的增加,洞壁处的剪胀角增加;双剪强度理论计算的位移值较小,谨慎采用,同时采用Mohr-Coulomb强度准则时可以适当考虑围岩的承载潜力。 相似文献
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模拟土体本构特性的热力学方法 总被引：4，自引：1，他引：3
简要介绍了建立岩土材料弹塑性本构模型的热力学方法。它不仅具有紧凑的数学结构,而且自动满足热力学定律,仅从两个热力学势函数,即自由能函数与耗散增量函数出发,就足以导出弹塑性理论必须的屈服条件,流动法则,硬化定律和弹性定律。通过理论证明指出,只要耗散增量函数依赖于当前应力,流动法则必然是非关联的,岩土材料的摩擦特性与非关联流动法则密不可分。介绍该方法在三维模型,岩土材料的微细观力学特性,应力应变的均匀化以及剪胀和各向异性方面应用的主要研究进展,并对一些重要的概念,诸如“储存的塑性功”,“Reynolds-Taylor状态”等,进行分析与解释。最后给出近期需进一步深入研究的几点建议。 相似文献
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Kenneth Runesson 《国际地质力学数值与分析法杂志》1987,11(3):315-321
The stress solution in plasticity with an associated or a non-associated flow rule is considered. Upon fully implicit integration of the relevant constitutive relations the stress is obtained as the projection of the (fictitious) elastic stress onto the yield surface for given values of the hardening softening variables. This projection is defined, for a general non-associated flow rule, in adjusted complementary elastic energy, which becomes exactly the complementary energy when the flow rule is associated. Isotropic elasticity and mean-stress dependent isotropic yield criteria (pertinent to soil) are considered and the implications of a certain class of non-associated flow rules are evaluated. This class relates to dilatant (or contractant) materials and involves non-associated plastic volume change. The corresponding stress solutions are shown to be strongly influenced by Poisson's ratio and by the dilation angle. 相似文献
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深埋圆形隧道弹塑性位移统一解及其比较分析 总被引：1，自引：0，他引：1
基于统一强度理论和非关联线性流动法则,考虑塑性区的真实弹性应变,推导了深埋圆形隧道弹塑性位移统一解。位移统一解合理地考虑了中间主应力效应和围岩剪胀特性的影响,具有广泛的理论意义。经与文献简化位移解析解比较分析知,围岩塑性区的弹性应变对隧道位移影响显著,简化解析解所得结果偏小,简化解析解和文中统一解之间的差异与中间主应力效应和围岩剪胀特性密切相关;考虑中间主应力的影响,能更加充分发挥围岩的强度潜能;隧道支护设计应考虑围岩剪胀特性的重要影响 相似文献
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剪胀角对地基承载力的影响 总被引：1，自引：1，他引：0
采用有限元强度“折减”的基本原理,给出了地基承载力确定的数值模拟方法,并讨论了剪胀性材料的地基承载力与材料剪胀角的变化关系。算例表明,地基承载力随剪胀角的增大而增大。因此,求解地基承载力时,需要考虑剪胀角的影响。 相似文献
14.
Design of shallow foundations relies on bearing capacity values calculated using procedures that are based in part on solutions obtained using the method of characteristics, which assumes a soil following an associated flow rule. In this paper, we use the finite element method to determine the vertical bearing capacity of strip and circular footings resting on a sand layer. Analyses were performed using an elastic–perfectly plastic Mohr–Coulomb constitutive model. To investigate the effect of dilatancy angle on the footing bearing capacity, two series of analyses were performed, one using an associated flow rule and one using a non-associated flow rule. The study focuses on the values of the bearing capacity factors Nq and Nγ and of the shape factors sq and sγ for circular footings. Relationships for these factors that are valid for realistic pairs of friction angle and dilatancy angle values are also proposed. 相似文献
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基于有限差分分析（FLAC）的软质岩石地基承载力数值计算模型,分析中将软质岩石地基视为均质、各向同性的连续介质,采用理想线性弹塑性本构关系模拟和Hoek-Brown非线性破坏准则及非关联流动法则。为便于数值模拟,采用切线法,把Hoek-Brown非线性破坏准则转换成Mohr-Coulomb线性破坏准则,并依据等量原则推导了瞬时内摩擦角和瞬时黏聚力的计算公式,编制了基于FLAC内置FISH语言的子程序。通过施加竖向速度向量,分别获得了圆形基础下考虑和忽略岩体自重的极限承载力。与理论值和现场载荷板承载力试验结果进行的对比分析表明,Hoek-Brown解结果比Bell解结果更接近实测值,但都偏于保守,而数值计算结果与实测值非常接近,特别是在考虑自重的情况下,误差仅为2%。说明对于软质岩石地基的极限承载力,采用基于Hoek-Brown非线性破坏准则的FLAC数值模型进行分析是合适的。 相似文献
16.
A new closed-form solution is presented for the stress and displacement distribution surrounding circular openings with finite external radii that are subject to uniform internal and external pressures under plane strain conditions. The specific solution for a deep circular tunnel in an infinite rock mass is also provided. It is assumed that the rock mass is elastic–brittle–plastic and governed by the Unified Strength Theory (UST). In the plastic zone, the radius-dependent Young’s modulus (RDM) model and a non-associated linear flow rule were adopted to establish the radial displacement solution. The new closed-form solution obtained in this paper is a series of results rather than one specific solution; hence, it is suitable for a wide range of rock masses and engineering structures. The traditional solutions, which are based on the Mohr–Coulomb failure criterion and the Generalized Twin Shear Stress yield criterion, can be categorized as special cases of this proposed solution. This new solution agrees reasonably well with the results of a borehole collapse test, a secondary development numerical simulation and an additional closed-form solution using the generalized non-linear Hoek–Brown failure criterion. Parametric studies were conducted to investigate the effects of intermediate principal stress, RDM and dilatancy on the results. It is shown herein that the effects of intermediate principal stress and dilatancy are significant; the RDM model is recommended as the optimum approach for calculating radial displacement and support pressure. 相似文献
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Jorge Castro 《Acta Geotechnica》2016,11(2):309-324
This paper presents a new approximate solution to study the settlement of rigid footings resting on a soft soil improved with groups of stone columns. The solution development is fully analytical, but finite element analyses are used to verify the validity of some assumptions, such as a simplified geometric model, load distribution with depth and boundary conditions. Groups of stone columns are converted to equivalent single columns with the same cross-sectional area. So, the problem becomes axially symmetric. Soft soil is assumed as linear elastic, but plastic strains are considered in the column using the Mohr–Coulomb yield criterion and a non-associated flow rule, with a constant dilatancy angle. Soil profile is divided into independent horizontal slices, and equilibrium of stresses and compatibility of deformations are imposed in the vertical and horizontal directions. The solution is presented in a closed form and may be easily implemented in a spreadsheet. Comparisons of the proposed solution with numerical analyses show a good agreement for the whole range of common values, which confirms the validity of the solution and its hypotheses. The solution also compares well with a small-scale laboratory test available in the literature. 相似文献