接触问题的一种有限元计算方法及其在岩土工程中的应用

摘要

计算对象的不连续性是岩土工程问题的一个重要特点,这些不连续面主要是存在于基础—土体、挡土结构—土体、地下结构—围岩等结构与周围岩土介质问的界面,或是岩体中的节理或软弱夹层、土(岩)滑坡的滑动面等.不连续面的存在显然对结构及岩土体的受力变形有着不可忽略的影响,因此在计算中不应无视它的存在.目前,有限元法等数值方法虽然已在岩土工程领域得到了广泛的应用.但计算中对不连续面的处理却仍是一个并未很好解决的问题.该论文的主要目的就是试图将它作为接触问题处理,建立相应的计算公式及方法,并用于上述岩土工程问题的求解.该论文的研究结果表明,与现有的各类计算方法相比,将岩土工程中的不连续问题作为接触问题计算能够更好地反映出接触面的主要力学特点,因而可得到较现有方法更为满意的结果,计算所需的力学参数也比较容易获得,同时该论文提出的计算方法理论上严谨,应用上比较简便,虽然仍有不少需要改进和完善的地方,但作者坚信,它是大有发展前途的.

目录

文摘

英文文摘

第1章概述

1.1本论文的主题思想和研究内容

1.2岩土力学计算及不连续性问题研究的简介

1.2.1岩土力学计算的历史和现状简介

1.2.2岩土力学计算中对不连续问题的处理方法

1.2.3接触问题对接触面的力学描述

1.3本论文的主要研究内容及技术路线

第2章变形体的虚功原理及其在接触问题中的应用

2.1质点系的虚功原理

2.2对变形体虚功原理的基本观点

2.3变形体的虚功原理及其在古典问题中的应用

2.3.1小变形问题的虚功原理

2.3.2大变形问题的虚功原理

2.4接触问题的虚功原理

2.4.1接触边界上的变形与受力条件

2.4.2无相对滑动时的虚功原理

2.4.3发生相对滑动时的虚功原理

2.4.4一种特殊情况——变形体与刚体的接触问题

第3章接触问题有限元计算的实施

3.1接触问题求解的研究简况

3.2固体力学古典问题的有限元计算

3.3接触问题有限元法的基本计算公式

3.4初应力法求解弹塑性接触问题

3.4.1有限元计算公式

3.4.2接触边界上的接触状态与结点荷载

3.4.3接触边界上的结点位移及发生“嵌入”时的处理方法

3.5刚性接触的计算方法

3.5.1刚体位移与结点位移、刚体荷载与结点荷载的关系

3.5.2刚度矩阵中诸元素的计算

3.5.3刚度计算在程序中的实现

3.6有限元计算程序中其它问题的说明

3.6.1弹塑性矩阵的计算

3.6.2方程组的求解

3.6.3对岩土工程问题中挖、填的处理

第4章按接触问题计算岩土工程问题——算例

4.1概述

4.2浅埋刚性条形基础的基底压力分布

4.2.1弹性计算

4.2.2弹塑性计算

4.3支挡物上的土压力

4.3.1计算模型及计算参数

4.3.2墙背光滑时的计算结果及与精确解的对比

4.3.3墙背不光滑时的计算结果

4.3.4墙背光滑时的理论解

4.4衬砌—洞周围岩间存在初始间隙的隧道

4.4.1厚壁圆筒的计算

4.4.2厚壁圆筒的弹性和弹塑性理论解

4.4.3盾构法施工的隧道

4.5钻孔灌注桩轴向承载特性的计算分析

4.5.1概况

4.5.2计算模型及计算参数

4.5.3计算结果

4.6滑坡及处于其中的隧道的相互作用

4.6.1工程概况

4.6.2计算模型及材料参数

4.6.3计算结果

4.7对第三章及本章的小结

结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果