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交通荷载下非共轴各向异性对地基土体应力状态变化的影响研究

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目录

第1章绪论

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外现状分析

1.2.1 土体各向异性

1.2.2 土体非共轴性

1.2.3 交通荷载模拟方法

1.2.4 道路安定分析

1.3 主要研究内容和技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第2章非共轴各向异性本构模型概述

2.1 地基土体的本构关系

2.2 考虑初始强度各向异性的Mohr-Coulomb屈服准则(旋转椭圆)

2.3 考虑初始强度各向异性的Mohr-Coulomb屈服准则(偏心椭圆)

2.4 各向异性屈服准则有效性验证

2.5 流动法则

2.6 本构模型数值实现方法

2.7 本章小结

第3章考虑非共轴各向异性的地基土体应力状态变化数值模拟

3.1 交通荷载的特性和模拟

3.1.1 交通荷载的特性

3.1.2 轮载接触面积的确定

3.2 半正弦波交通荷载的有限元数值分析

3.2.1 建立二维地基土模型

3.2.2 交通荷载大小的确定

3.2.3 半正弦波交通荷载数值实现方法

3.2.4 数值模拟结果与参数分析

3.3 交通移动荷载的有限元数值分析

3.3.1 建立二维地基土模型

3.3.2 数值模拟结果与参数分析

3.4 本章小结

第4章考虑土体强度各向异性的道路安定理论

4.1 安定分析阐述

4.2 二维道路模型的建立

4.3 弹性应力场的定义与分布

4.4 考虑初始强度各向异性的静力安定理论

4.4.1 考虑初始强度各向异性的安定理论解

4.4.2 极限残余应力场

4.4.3 考虑初始强度各向异性的下限安定解

4.4.4 柔性道路结构体的安定分析

4.5 本章小结

第5章结论与展望

5.1 主要结论

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录

附录1 循环振动荷载的具体数值实现

附录2 交通移动荷载的具体数值实现

攻读硕士学位期间发表论文及参加的科研项目

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摘要

伴随着我国经济腾飞与人民生活水平大幅提高,交通运输作为国民经济的基础性产业,在巨量的人力物力运输需求下获得了高速发展。伴随着交通基础设施的快速兴建,越来越多的铁路与公路路基沉降和不均匀沉降的问题更为凸显,为交通基础设施的运营安全与长期发展埋下隐患。岩土体等典型的非连续各向异性材料常表现出塑性应变增量方向与应力主轴方向不一致的非共轴特性,这一特性在交通荷载的作用下更为显著。然而,当前针对交通荷载作用下的路基应力状态变化与沉降变形等问题的研究,多数局限于各向同性或共轴假设。因此,基于以上背景,本文拟开展交通荷载作用下,非共轴各向异性对地基土体应力状态变化与变形特性的研究,主要研究内容如下:  (1)简化循环振动荷载与移动恒载两种交通荷载形式,采用FORTRAN95编写荷载用户子程序DLOAD并嵌入非线性有限元软件ABAQUS中,用于模拟研究交通荷载作用下的地基土体应力状态变化及沉降变形特性等问题。  (2)基于有限元平台ABAQUS,建立二维路基数值模型。材料用户子程序采用新建非共轴各向异性本构模型,探讨两种交通荷载作用下,非共轴各向异性对于地基代表土体单元应力状态、应力路径的影响。结果显示地基代表土体单元均可见明显的应力主轴旋转;对于移动恒载作用的情况,地基代表土体单元在,〔σx-σy/2,σxy〕?????应力空间内,展现特殊的心形应力路径,且考虑非共轴性的应力主轴旋转比传统的Mohr-Coulomb模拟结果更加显著。  (3)在现有的各向同性状态的下限安定定理基础上,结合新提出的考虑初始强度各向异性的修正Mohr-Coulomb屈服准则,推导考虑初始强度各向异性的下限安定理论,并采用Matlab通过二分法得出考虑初始强度各向异性的下限安定解。  (4)讨论了初始强度各向异性参数对安定极限值的影响。当内摩擦角较大时,考虑初始强度各向异性会导致预测的安定极限值减小,并进一步随着初始强度各向异性参数n的减小而减小。初始强度各向异性参数n和β均对表面阻力下的安定极限值有较大影响,考虑初始强度各向异性时,临界点在较大摩擦系数时到达路面。  综合以上研究,在交通荷载作用下,非共轴各向异性对路基土体应力状态变化有重要影响。本论文的研究成果可为交通荷载作用下的道路设计提供理论指导。

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