基于流固耦合两相介质动力模型的饱和土体--地下结构体系近场波动问题研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xujungang
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本文基于ABAQUS软件平台,开展了饱和土体-地下结构体系近场波动问题的研究,重点解决了饱和土体动力计算模型及其实现的问题。本文开展的研究工作及取得的研究成果如下:  (1)应用前期研究工作中开发的二维流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体,设置粘弹性人工边界,通过等效节点荷载实现地震动输入(本文选用天津波,且仅考虑水平x向SV波),对饱和土体-地下结构体系的二维地震反应进行了较为深入的研究,包括饱和土体场地上地下结构与双孔隧道地震反应的研究,以及饱和土体场地与单相介质土体场地上地下结构地震反应特性的对比研究。计算结果表明,在地震荷载作用下,地下结构的应力呈对称分布,在结构的底角跟顶角、以及两根混凝土柱中部外侧区域出现较大的应力集中;隧道周围场地土体的孔压幅值变化大致呈分层分布,左右两隧道的应力云图呈镜像对称分布,均在隧道两侧出现了较大的应力集中,隧道顶部应力较小;场地饱和土体的孔压时程与输入地震动的加速度时程形状基本一致;与单相土中的结构相比,饱和土体中结构的Mises应力值较大,应力集中区域较多、区域面积较大。  (2)基于ABAQUS软件平台中的用户单元子程序(UEL),开发了三维流固耦合两相介质动力模型孔压单元,完成了三维流固耦合两相介质动力模型在ABAQUS中的实现。  (3)应用本文开发的三维流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体,设置粘弹性人工边界,通过等效节点荷载实现地震动输入,进行饱和土体-地下结构体系三维地震反应的研究。分别对饱和土体自由场以及饱和土体中的地下结构进行了地震反应的数值仿真,并且研究了埋深对地下结构地震反应的影响,获得了对饱和土体-地下结构体系三维地震反应特性较为深入的认识与了解。研究结果表明:对于饱和土体自由场而言,土体孔压大致呈分层分布,峰值主要集中在中部偏上区域;当饱和土体场地中有地下结构存在时,饱和土体的孔压趋于分层分布,结构的Mises应力的较大值主要集中在混凝土柱,且结构内中柱应力值较大。在地震动输入过程中,结构的应力云图呈对称分布,且均在结构内部区域的混凝土柱上出现了较大的应力集中;在埋深对地下结构地震反应影响的研究中发现,饱和土体场地不同埋深地下结构的应力反应时程的特性表现出较大的差异,二者的波形差异明显。就整体趋势而言,在结构的顶板、外墙以及拐角区域,埋深较浅的地下结构动应力幅值大于埋深较深的结构,但后者应力变化的范围要大于前者;在结构内混凝土柱区域,埋深较深的结构应力幅值大于埋深较浅的结构。
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