岩土弹塑性通用数值平台及其应用研究

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弹塑性问题是材料非线性问题中的一类重要问题,而岩土工程的弹塑性问题又有其自身的特点。目前已提出的岩土本构模型数以百计,新的本构模型更是层出不穷,但绝大部分都还停留在数学表达式上,很少能应用于工程实际。因此本文重点研究如何建立一个通用的岩土弹塑性数值分析平台,同时将岩土常用本构模型进行数值实现,以便用于解决实际的岩土边值问题。传统的程序设计一般采用结构化的程序设计方法,其程序的扩展能力有限,代码的重利用率低,调试复杂。而面向对象的程序设计,由于程序具有封装性、继承性和多态性等优点,使得程序设计概念清楚,调试容易,代码的重利用率高,是现代程序设计的主要方法之一。本文采用面向对象方法,建立了岩土通用弹塑性数值分析平台及其本构模型库,对岩土弹塑性本构模型的数值实现及应用进行了全面、系统的研究,主要工作有:1通过引入面向对象方法的数据封装机制,构建了弹塑性数值分析的基本类:单元分析类、整体分析类和数据管理类,在此基础上建立了岩土弹塑性数值分析平台,完成了对数值分析共性的高度抽象;2对弹塑性本构模型的数值实现中的若干关键问题进行了研究,在此基础上推导了剑桥模型、修正剑桥模型、tij粘土模型(中井粘土模型)、tij,砂土模型(中井砂土模型)和拉德—邓肯模型的数值实现格式;3建立了岩土弹塑性本构模型库,在模型库的基础上,采用很少的代码便可实现弹性和弹塑性本构模型。具体实现了剑桥模型、修正剑桥模型、tij粘土模型(中井粘土模型)、tij砂土模型(中井砂土模型)和拉德—邓肯模型,一系列算例与理论解的对比证明本文的方法和程序是正确的;4将上述各弹塑性本构模型应用于条形基础、盾构隧道和基坑工程中,重点对各个本构模型进行了参数敏感性分析,得到了各个模型针对不同工程问题的主要参数和次要参数。最后,就存在的问题和进一步的研究方向进行了简要讨论。
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