基于岩土材料临界状态理论的有限元非局部软化算法——以CSUH模型为例

摘要

实际工程中岩土材料往往表现出剪胀和软化特性。采用传统有限元方法模拟这种材料软化特性及其产生的剪切带时,预测结果往往表现出较强的网格依赖性,从而极大地影响了土体软化阶段计算结果的准确性且计算过程中极易出现不收敛的问题。提出一种基于岩土材料临界状态理论的有限元非局部软化新算法,该方法与有限元传统本构积分算法相比,有效地避免了模拟材料软化特性时的网格依赖性和收敛性问题。同时,该方法能够合理地将非局部应变与本构模型的有限元本构积分过程相结合,对于以修正剑桥模型为代表的经典临界状态弹塑性本构模型具有普适性。以适用于黏土和砂土的统一硬化(CSUH)模型为例,详细介绍该方法在有限元中的实现步骤,并以典型的双轴压缩问题为例进行验证。结果表明,当网格划分超过一定数量后,有限元计算结果差异性显著减小,计算过程具有良好的收敛性和稳定性。