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卸荷土体的特性研究及其材料子程序的开发应用

作　者: 胡恺
导　师: 庄心善
学　校: 湖北工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 卸荷土体本构模型 真三轴卸荷试验 ABAQUS软件 UMAT子程序 弹塑性分析
分类号: TU411.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


越来越多的高层建筑与地下工程的出现,使得深基坑工程成为研究热点。其中,设计选用的土体参数及土体的本构关系选取的是否合理决定了深基坑工程的成败。深基坑的开挖过程实质上是深基坑周边土体的卸荷过程,卸荷状态下土体的工程性质与加荷状态有很大差别,目前对模拟深基坑开挖卸荷过程的真三轴试验研究所见不多。因此,本文拟采用真三轴模拟深基坑开挖土体的卸荷实际应力路径试验所得到的卸荷土体本构模型,分析研究依托于大型通用有限元软件ABAQUS的计算平台进行。ABAQUS软件提供了许多种材料本构关系及失效准则模型,具有非常强大的分析功能,常被用来解决岩土领域的高度非线性问题。同时为了满足广泛需求,用户可利用ABAQUS提供的各个用户子程序接口程序,拓展ABAQUS软件分析问题的范围。本次研究便是利用ABAQUS用户材料子程序UMAT接口程序编写符合工程实际的卸荷土体本构模型。UMAT子程序开发的核心问题是材料本构关系的建立,本文的研究工作就是采用Fortran语言编制的基于卸荷土体本构模型的接口程序,紧紧围绕UMAT的二次开发功能。通过对某基坑开挖过程进行模拟,将工程实际监测的结果与本程序计算的结果进行对比,表明所研制的UMAT子程序开发思路正确,计算精度满足要求,具有工程实用价值。本文所开发的UMAT接口程序,不仅扩大了ABAQUS在弹塑性有限元分析中的应用范围,为ABAQUS其他功能的开发以及有限元程序的开发提供了借鉴;而且使深基坑设计参数与设计理论更加符合实际工程状况,这对于深基坑工程的数值分析与优化设计,保证基坑工程的变形、安全与稳定,具有十分重要的理论意义和实际意义。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 引言  9-13
  1.1 研究背景及论文选题  9-10
  1.2 有限元软件的二次开发研究现状  10-11
  1.3 本文研究内容  11-13
第2章 ABAQUS 软件及其用户子程序  13-21
  2.1 ABAQUS 软件介绍  13-14
  2.2 ABAQUS 软件的分析步骤  14-15
  2.3 材料非线性的问题  15-18
    2.3.1 非线性问题的类型  15
    2.3.2 非线性问题的解析法  15-17
    2.3.3 ABAQUS 对材料非线性问题的求解  17-18
  2.4 用户子程序  18-19
    2.4.1 概述  18-19
    2.4.2 用户子程序和主程序的结合  19
  2.5 用户材料子程序  19-21
第3章 卸荷土体三轴试验及变形特点研究  21-27
  3.1 引言  21
  3.2 试验方案  21-22
  3.3 试验过程  22-23
  3.4 试验成果  23-25
  3.5 卸荷土体的变形分析  25-27
    3.5.1 土体侧向变形与桩、土共同作用分析  25-26
    3.5.2 土体的侧向位移分析  26-27
第4章 卸荷土体弹塑性模型研究  27-39
  4.1 土压力特点概述  27
  4.2 卸荷土体平面应变剪切模量的推导  27-30
  4.3 卸荷土体的本构模型验证  30-38
    4.3.1 邓肯-张模型验证  30-32
    4.3.2 Lade-Duncan 模型验证  32-38
  4.4 本章小结  38-39
第5章 卸荷土体UMAT 的开发  39-45
  5.1 UMAT 子程序计算过程  39-40
  5.2 切线弹性模量的调用  40-41
  5.3 弹塑性状态的判定  41-42
  5.4 增量应力更新法  42-44
  5.5 程序设计的有关注意事项  44-45
第6章 卸荷土体模型在基坑工程中的应用  45-55
  6.1 单元测试  45-47
  6.2 工程应用  47-54
    6.2.1 基坑支护的设计要求  47-48
    6.2.2 基坑支护结构的设计内容  48
    6.2.3 有限元计算模型  48-52
    6.2.4 结果分析和比较  52-54
  6.3 本章小结  54-55
第7章 结论与展望  55-57
  7.1 结论  55-56
  7.2 展望  56-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
附录  61

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 土工试验 > 实验室试验（室内土工试验） > 土的力学性质试验
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