无锡软土流变特性及土—结构共同作用的反分析研究

摘要

高层建筑与地基基础共同作用理论，可以把上部结构、基础和地基分开考虑，也可以把上部结构和基础地基作为一个整体考虑。上部结构和基础的力学模型相对来说比较成熟，而高层建筑与地基基础共同作用理论分析的关键是地基土模型的确定。本文针对无锡软土地区的高层建筑与地基基础的共同作用问题，以无锡软土地区一个典型工程一无锡图书馆作为工程实例，结合该建筑的长期的、大量的沉降观测资料，在以下几个方面进行了研究和探讨：1.从非线性流变问题的定义出发，描述了建立土体非线性流变本构关系的基本思想；基于室内土体流变试验成果，研究了无锡软土的流变特征，提出了无锡软土的半经验半理论的修正公式，建立了一般非线性流变的本构关系。并且研究了非线性流变的各个参数，讨论了非线性流变的力学特性。2.根据优化算法理论，在遗传算法的基础上，进行改进，把模拟退火算法引进到遗传算法以加快搜索速度，同时把常规优化方法中搜索速度较快的阻尼最小二乘法同遗传算法耦合，有效地加快了其搜索速度。编制了混合遗传算法的计算程序，为非线性流变模型参数的反演奠定了理论和程序基础。3.根据土和结构间接触面模型理论，提出了可以合理描述土和结构接触面的非线性弹性-理想塑性接触面模型。4.建立了无锡图书馆工程的三维共同作用分析模型，采用MSC.Marc软件的二次程序开发技术引入接触面模型和参数反演分析理论，结合现场的实测资料，进行了非线性流变模型的参数反演、进一步的变形预测等研究。为该软土地区类似的高层建筑、地基与基础的共同作用分析计算提供了理论和技术的指导与帮助，并为本工程区域附近软土工程地基的长期变形预测提供了有效的方法和思路。关键词：共同作用、软粘土、流变、非线性、反演、接触面、三维

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 引言

1.1概述

1.2上部结构和基础

1.3界面模型

1.4地基土的流变模型

1.4.1土体流变问题的研究现状

1.4.2土体非线性的本构模型

1.5岩土工程参数反演分析研究

1.6本文所做的工作

第2章 无锡软土流变特性的实验分析及本构模型研究

2.1引言

2.2无锡地区软土的流变特征

2.3非线性流变问题的研究方法及非线性特性分析

2.3.1非线性流变的定义

2.3.2建立土体非线性流变本构关系的基本思想

2.4试验成果和土体一维非线性流变本构模型

2.4.1由试验得到的饱和软粘土流变性态

2.4.2土体弹性流变阶段的本构关系

2.4.3土体塑性流变阶段的本构关系

2.4.4土体弹塑性流变的本构模型及其模型参数

2.5本章小结

第3章 非线性流变模型的参数反演分析方法研究

3.1概述

3.2阻尼最小二乘法

3.2.1阻尼最小二乘法原理及其算法

3.2.2阻尼算子和步长因子的自适应调整及其算法

3.3遗传算法

3.3.1概述

3.3.2遗传算法原理的数学描述(模式定理)

3.3.3遗传算法的实现

3.3.4性能分析及参数优化

3.3.5程序设计

3.4遗传模拟退火

3.4.1模拟退火算法

3.4.2遗传算法与模拟退火的耦合及其算法

3.4.3参数选取

3.5混合遗传算法

3.6各种优化算法的对比分析

3.7本章小结

第4章 土与结构共同作用理论及工程实例分析

4.1岩土工程中土与结构接触面非线性理论研究现状

4.1.1土与结构接触面的力学描述及其有限元解法

4.1.2几种典型的接触面计算模型及本构模型简介

4.2接触面的非线性弹性—理想塑性模型

4.2.1基本思想

4.2.2 NEPP模型的弹塑性矩阵

4.2.3应力返回的修正方法

4.3接触带单元刚度矩阵推导

4.4接触带单元非线性有限元计算方法

4.4.1接触带单元厚度的确定

4.4.2非线性迭代方法

4.5工程实例分析

4.5.1工程背景

4.5.2工程概况

4.5.3三维有限元模型的建立

4.5.4有限元计算过程

4.5.4非线性模型的参数反演及计算结果

4.6本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果