饱和软土的Biot大变形固结有限元分析

• 作 者: 邝立文
• 出 处: 暨南大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 固结 大变形 有限元 总的拉格朗日描述 更新拉格朗日描述 欧拉描述 任意拉格朗日欧拉描述

本文基于连续介质力学基本原理及Biot固结理论对近期沉积土、吹填土等具有高含水量的饱和软土的大变形固结问题进行了研究,建立了控制方程,用有限元求非线性数值解,用ABAQUS软件进行了相应的计算,分析了不同描述方法的结果差异,并与小变形固结结果作了对比。连续介质力学描述物体运动的方法有总的拉格朗日描述(Total Lagrangian formulation,简称TL)、更新拉格朗日描述(Update Lagrangian formulation,简称UL)、欧拉描述(Eulerian formulation,简称E),在此基础上产生了任意拉格朗日欧拉描述(Arbitrary Lagrangian Eulerian formulation,简称ALE)。本文通过不同描述全面反映土体大变形固结问题,参照Biot小变形固结的推导过程求其平衡控制方程和渗流连续条件控制方程,其中控制方程根据不同描述用了不同表述方法,如应力增量、应变增量表示和应力率、应变率的率型表示；在推导平衡控制方程的过程中,用了Galerkin加权参数法和变分法的虚功原理两种方法对方程进行离散,对率型表示的平衡方程用差分格式进行时域的离散；对渗流连续条件的控制方程,用Garlerkin加权残值法和差分格式对空间和时域进行离散,由此建立了大变形固结有限元控制方程。在ALE方法中讨论了基本控制方程,网格运动更新方案、变量的对流转换等关键问题。用ABAQUS软件对具体固结算例用不同描述及土的本构理论进行分析,将计算结果与小变形固结进行比较,讨论不同方法得到的地基的沉降量、侧向位移分布特性、孔隙水压力压消散的变化的情况。