基于流固耦合两相介质动力模型的饱和土体—地下结构体系动力反应研究

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两相介质动力反应的计算分析是土动力学中的重要问题之一,在地下结构、近海工程等领域有着广泛的应用背景。在饱和土体动力反应特性模拟的各种力学模型中,流固耦合两相介质动力模型的计算分析较为精准,该模型可以对饱和土体的动力反应特性进行较为准确的模拟。  本文基于ABAQUS有限元分析软件平台,进行了基于流固耦合两相介质动力模型的饱和土体—地下结构动力相互作用问题的研究工作。在具体的理论实现过程中,采用已研发的流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟饱和土体,将该动力模型在ABAQUS中实现并通过简单算例进行正确性验证。并将其分析结果与软件自带孔压单元CEP4P的计算结果进行对比分析,结论表明:ABAQUS软件自带孔压单元在模拟两相介质动力反应特性方面有所欠缺,相比之下,已研发的流固耦合两相介质动力模型能更为准确的进行基于流固耦合动力模型的两相介质动力问题的计算分析。  继而,本文用研发的流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体,开展饱和土体—地下结构体系的地震动力响应分析研究,分别对饱和土体自由场、饱和土体场地中矩形地下结构等工况进行了地震反应的数值仿真。采用基于流固耦合两相介质动力模型的孔压单元模拟饱和场地土体,在截取的有限区域设置人工应力粘弹性边界,编写程序,将地震波转化为等效结点力荷载后输入,实现了地震荷载作用下饱和土体动力反应的数值模拟。分析结果表明:在地震作用下,饱和场地土体孔压时程曲线趋势与地震波加速度时程曲线趋于一致;针对饱和土体自由场来说,地震波输入最后时刻的孔压最大值主要集中在场地中上部区域,同时竖向的相对位移从顶部往下有逐步增大的趋势;对于饱和土体场地中的地下结构而言,在结构底部区域土体孔隙水压力明显集中,并且土体的竖向位移在地下结构的周围区域内变化明显,同时结构底边界及中柱易在地震作用下被损伤,继而导致整个结构的破坏。  
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