Hardin-Drnevich在ABAQUS中的实现

利用大型有限元软件ABAQUS所提供的用户材料子程序UMAT接口,针对土石料动力本构模型中的等效线性粘弹性模型,开发了等效线性粘弹性模型中应用最广的Hardin-Drnevich模型的子程序,并运用到新疆某土石坝的动力反应分析中.结果表明:在ABAQUS中增加Hardin-Drnevich材料本构模型后,可以充分地利用该软件强大的非线性求解平台进行土石坝的动力反应分析,具有计算效率高和前后处理快捷等优点,同时验证了所建模型的合理性和可用性.     

Hardin-Drnevich本构模型在ABAQUS中的实现

利用大型有限元软件ABAQUS所提供的用户材料子程序UMAT接口,针对土石料动力本构模型中的等效线性粘弹性模型,开发了等效线性粘弹性模型中应用最广的Hardin-Drnevich模型的子程序,并运用到新疆某土石坝的动力反应分析中。结果表明:在ABAQUS中增加HardinDrnevich材料本构模型后,可以充分地利用该软件强大的非线性求解平台进行土石坝的动力反应分析,具有计算效率高和前后处理快捷等优点,同时验证了所建模型的合理性和可用性。     

EVP模型及其在预压处理软土路基水平位移计算中的应用

【目的】研究将EVP模型应用于预压荷载作用下软土路基水平位移计算的可行性,为软土路基稳定性的评价与控制提供支持。【方法】通过绘制应力和应变增长路径变化的图形,分析了真空预压、堆载预压以及真空 堆载联合预压法加固软土路基时土体的应力和应变变化,介绍了EVP模型的基本公式和计算过程,提出了用该模型表示软黏土的应力－应变关系,结合经典比奥固结理论,推导了考虑蠕变的预压荷载作用下软土固结变形的有限单元计算方法,并进行了工程实例计算。【结果】1）不同预压方法的应力路径和应变路径均不相同;2）用EVP模型描述不同预压荷载作用下软黏土的应力－应变关系时,其具有不考虑应力路径和不划分主、次固结的优越性;3）在比奥固结理论中,用EVP模型反映软土的物理方程时,能全面描述考虑弹黏塑性质的软土路基的固结变形,可准确计算软土路基的水平位移;4）EVP模型的软土土体黏性参数ψ/V和塑性参数λ/V对水平位移都有比较明显的影响。【结论】用EVP模型反映软土的弹黏塑性的本构关系时,可相对准确地计算预压荷载作用下软土路基的水平位移。     

平面应变状态下黄土蠕变研究

【目的】研究平面应变状态下岩土材料长期的沉降变形规律。【方法】采用改造的平面蠕变仪对重塑黄土进行一系列固结平面蠕变试验,分析试样在不同含水率、固结压力、剪应力下的变化特性,并利用模型对变化规律进行拟合。【结果】试样在30%含水率、50kPa固结压力、300kPa剪应力下,轴向形变量达到最大值14.54%,而且剪应力大小对含水率较高和固结压力较低的土体蠕变效应敏感性较强。数据分析表明,Singh-Mitchell和Mesri等经典蠕变模型对试验规律的描述精度较差,而建立的经验模型不仅适合黄土平面蠕变变化规律分析,而且具有参数少且容易获得等优点。【结论】利用所建立的经验模型可以模拟黄土平面应变状态下的蠕变规律。     

栗西尾矿坝地震反应分析和稳定性评价

【目的】对尾矿库进行加高后其在地震荷载作用下的动力反应进行分析,为对栗西尾矿坝的加高设计提供参考。【方法】基于实际钻孔勘探的成果,在确定了各分区-尾矿砂和初期坝堆石体模型的渗透系数、物理力学指标及加高方案下的浸润面分布条件下,采用等价粘弹性模型的三维有效应力有限元法,对栗西尾矿坝加高以后的坝体进行了地震永久残余变形、液化分析和边坡稳定分析,求得残余变形、孔压水平分布场和边坡安全系数。【结果】在地震作用下,尾矿坝坝内在靠近水边的沉积滩液化区,由于其藏埋较浅加之高孔隙水压力梯度的存在,将导致沉积滩表面出现裂缝喷冒现象。【结论】在加高方案设计中应设排渗设施,以降低地下水位,提高尾矿坝边坡稳定性。     

粘弹性椭圆板的非线性动力响应

基于Von Karman理论，建立了弹性椭圆板的非线性动力微分方程。引入了Kelvin-Voigt粘弹性本构关系后，得到用中面位移表述的非线性粘弹性运动控制方程组。然后应用Galerkin技术和KBM法求解了此微分方程，并讨论了有关参数对粘弹性椭圆板动力学行为的影响。     

高温冻土融化固结的水热力耦合模型构建

依据比奥(Biot)固结理论,应用总拉格朗日(Total Lagrangian)方法建立考虑大变形的应力场控制方程;引入应力-温度耦合损伤模型作为冻结状态下的高温冻土本构模型,以未冻水含量为耦合节点建立水热力耦合模型;通过冻结粉质黏土的升温三轴压缩试验验证模型的有效性,分析水热力耦合模型与应用小应变假设的模型的差异。结果表明:水热力耦合模型经过引入高温冻土应力-温度耦合损伤本构模型,冻结状态初始融化阶段预测结果与试验曲线较吻合。在变形加速至缓慢变形过渡阶段(1.5~2.5 h),模拟结果与试验曲线存在一定差异,但整体可有效预测高温冻结粉质黏土的融化固结过程。考虑大应变状态的水热力耦合模型,对融化变形的预测精度优于应用小应变假设的模型。根据模拟结果,分析水热力三场的相互作用关系、冻土融化固结过程,高温冻土外部升温状态下,边缘融化部分形成排水通道,加速上部土体水分排出。     

基于正交试验土石坝热-流耦合模型参数的敏感性分析

【目的】研究热-流耦合模型参数的敏感性,减小运行期土石坝热-流耦合模型参数校正过程的工作量,为土石坝热-流耦合模型参数选取提供依据。【方法】采用正交试验法,以某水库土石坝为例,基于大坝热-流耦合模型,以坝体与坝基平均温度作为敏感性分析的主要指标,对大坝热-流耦合模型各参数的敏感性进行分析。【结果】渗透率和土体比热容对土石坝温度场影响较敏感,其极差值分别为0.124 5和0.086 2,其余参数的敏感性由强到弱依次为孔隙率(n)、饱和含水率(θs)、导热系数(λ)、残余含水率(θr)和土体密度(ρ),极差值分别为0.046 5,0.029 3,0.026 6,0.014 3和0.011 3,相对于渗透率和土体比热容,这5个参数对于温度场计算结果的影响较小。【结论】在对土石坝温度场进行校正时,应将模型中的渗透率和土体比热容作为重点参数。     

基于正交试验土石坝热-流耦合模型参数的敏感性分析

【目的】研究热-流耦合模型参数的敏感性，减小运行期土石坝热-流耦合模型参数校正过程的工作量，为土石坝热 流耦合模型参数选取提供依据。【方法】采用正交试验法，以某水库土石坝为例，基于大坝热-流耦合模型，以坝体与坝基平均温度作为敏感性分析的主要指标,对大坝热-流耦合模型各参数的敏感性进行分析。【结果】渗透率和土体比热容对土石坝温度场影响较敏感，其极差值分别为0.124 5和0.086 2,其余参数的敏感性由强到弱依次为孔隙率(n)、饱和含水率(θs)、导热系数(λ)、残余含水率(θr)和土体密度(ρ)，极差值分别为0.046 5,0.029 3,0.026 6,0.014 3和0.011 3，相对于渗透率和土体比热容，这5个参数对于温度场计算结果的影响较小。【结论】在对土石坝温度场进行校正时，应将模型中的渗透率和土体比热容作为重点参数。     

管灌区管网用水调控模型研究

【目的】探索管灌区管网用水优化配置方法,有助于减少开关阀门次数、保障管网运行安全。【方法】将管网水动力学模型嵌入到以管网配水时间最小和各节点流量变化最小为目标的管网优化配水模型,通过模型间公共参数的数据交换,构建管网用水配置耦合模型,并采用迭代法对其进行寻优,最终形成管网用水调控模型。【结果】利用该耦合模型可以精准模拟管网各节点的压力流量变化过程,与管灌区目前常用的管网优化配置方法相比,使用耦合模型对管网水资源进行优化配置,在实现管网配水全过程实时监控的同时,使得到的结果更加真实和精细。【结论】该方法的应用实例证明了该模型和算法的有效性;嵌入分布式水动力学模型后,耦合模型无法用传统的规划方法进行求解,迭代求解的迭代格式建立及求解过程比较耗时;该方法为包含分布信息的水资源优化配置问题提供了新的思路。