基于流固耦合动力模型的饱和两相介质—地下结构动力相互作用研究

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两相介质动力反应的计算分析是土动力学中的重要问题之一,在水工结构、近海岸结构等工程领域有着广泛的应用背景。在饱和土体动力反应特性模拟的各种力学模型中,以流固耦合两相介质动力模型较为精确,该模型可以对饱和土体的动力反应特性进行较为准确的模拟与反映。  本文通过ABAQUS软件平台,开展了基于流固耦合两相介质动力模型的饱和土体-地下结构动力相互作用问题的研究工作,包括研发了流固耦合两相介质动力模型孔压单元,完成了流固耦合两相介质动力模型在ABAQUS中的实现并通过具体算例对开发单元的正确性进行了验证。同时还与软件自带的CEP4P单元计算的结果进行了对比,分析表明:ABAQUS软件中提供的CEP4P孔压单元在准确模拟两相介质动力反应特性方面有一定局限性,因此并不适宜用来进行基于流固耦合动力模型的两相介质动力问题的计算分析。  本文还应用研发的流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体,进行了饱和土体-地下结构体系的地震反应研究,分别对饱和土体自由场,饱和土体场地中矩形地下结构,以及饱和土体场地上单洞和双洞隧道进行了地震反应的数值仿真,并对模拟计算结果进行了分析对比。在地震荷载作用下,场地土体孔压的时程变化曲线与地震波的加速度曲线的形状基本一致;对于在饱和土体自由场而言,地震波输入最后时刻的土体孔压最大值主要集中在中部偏上区域,同时竖向的相对位移从顶部向下有逐渐增大的趋势;对于饱和土体场地中地下结构而言,土体的孔隙压力主要集中在结构底部区域,并且土体的竖向位移在结构的周围土体区域内都有较为明显的变化。
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