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固结过程中固—流耦合理论及有限元分析

李凤莲  
【摘要】:基于多相连续介质力学的理论,把土体抽象为叠合连续体,建立了有限变形下固-流耦合渗透固结问题的数学模型,模型中反映了固-流相的相互耦合作用。 在有限变形理论的前提下,导出了固-流两相介质耦合问题的非线性有限元方程。基于IFEPG 有限元自动生成系统,编制了有限变形和小变形的计算程序。实例分析了不同土性参数情况下有限变形和小变形理论在压力场、位移场和应力场等方面的差异。数值计算的结果表明:在荷载水平不高,土体厚度不大,土体变形模量及泊松比、渗透系数比较大的情况下,有限变形与小变形差异甚小,采用小变形理论就可以达到理想的结果;反之,有限变形理论计算的地基垂直沉降、水平位移、孔隙水压力要精确于小变形理论的计算结果。 采用两种不同的土体模型,分析了大、小变形两种情况下土体应力的分布。计算结果充分体现了尺寸效应和应力集中现象;同时也说明考虑固-流耦合作用时,由于土中水的渗流,在应力分布区内出现了拉应力区,这样容易导致土体发生破坏、地基不稳定。


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