弹塑性理论在地基基础方面现阶段的应用.docx

弹塑性力学理论在地基基础领域现阶段的应用

姓名：刘德龙

学号：2014032032

专业：地质工程

方向：基础工程与地基处理

2014年11月25日

弹塑性力学理论在地基基础领域现阶段的应用

摘要：通过阅读文献，本文对现阶段弹塑性力学理论在地基处理与基础工程领域的应用作了简单综述。

关键词：弹塑性力学；地基处理；基础

弹塑性力学在土木工程、地质工程、勘察工程等专业具有广泛的应用，是一门实用性很强的基础学科。通过阅读文献，了解到弹塑性力学在本人所研究的地基处理及基础工程方向也被普遍应用，解决了工程中遇到的不少难题。以下将具体陈述弹塑性理论在地基基础方面现阶段的一些应用。

1990年，国家地震局工程力学研究所的赵振东和北京大学地质系的蔡永恩，引入了用于研究结构与地基非线性动力相互作用时，对其接触而进行模型化的由层状弹塑性材料构成的有限薄层连接元法。该方法通过薄层单元材料在强荷载作用下的加工硬化或软化过程，较为有效地模拟了基础与地基间的接触、滑移或提离等复杂的相互作用效应。给出了利用薄层连接元与有限元相结合的方法，研究在地震荷载及空气冲击波荷载作用下高层建筑结构与地基间的非线性动力相互作用的数值分沂结果。经过弹塑性理论的分析，具体得出了如下的结论：在强荷载作用下的结构与地墓相互作用分析巾，考虑结构与地篆的接触面上发生的非线性相互作用效应是非常必要的，解决此问题的关键是对接触面的合理有效的模型化。文中采用的由层状弹塑性材料构成的薄层连接单元较好地模拟了基础与地基的接触面。结构与地基间的滑移和提离现象的发生，是与接触面材料的应力状态紧密相关的。当接触面材料由弹性向应变软化的塑性状态的转变过程中，往往出现短暂的加工硬化的塑性状态。处于应变转化状态时，在结构与地基的接触面处有可能出现滑移或提离等非线性动力效应。本文方法与有限元相结合，可以研究在强地震或强冲击波荷载作用下的结构与地基间的接触、滑移或提离等效应。

1999年，同济大学的袁聚云、赵锡宏和董建国通过对高层空间剪力墙结构采用双重扩大子结构有限元分析方法，并采用各向异性弹塑性地基模型，对高层空间剪力墙结构与地基基础共同作用进行综合分析。同时以上海钟童高层建筑为工程背景对考虑地基土各向异性的共同作用下基底反力和地基变形等变形规律进行分析和研究，并将计算结果与各向同性情况以及实测结果进行了比较。他们所建立的各向异性地基模型是对于各向异性的土体，其总应变仍可以分成弹性应变和塑性应变两部分，并以增量的形式表示，运用胡克定律，在上海软土各向同性破坏准则中，引入各向异性参数，并根据塑性理论的流动法则，求得考虑土体各向异性的塑性应变增量与应力分量之间的关系表达式。经过具体的计算，结果表明:(1）各向异性弹塑性地基模型计算得到的地基变形要比各向同性弹塑性地基模型计算得到的地基变形为大;同时其地基差异沉降也要比各向同性弹塑性地基模型计算得到的地基差异沉降明显。(2)各向异性弹塑性地基模型计算得到的横向整体倾斜和纵向弯曲要比各向同性弹塑性地基模型计算得到的相应值为大;但对于基础平均沉降，两种弹塑性地基模型的计算结果则差别不是很大。在计算建筑物地基变形时，特别是在计算地基差异沉降以及由此而引起的建筑物倾斜时，应当考虑土体各向异性的影响。(3）各向异性弹塑性地基模型计算得到的基底反力，其中间部分要比各向同性弹塑性地基模型的为大，而边缘部分则比各向同性弹塑性地基模型缓和。

2005年，清华大学水利水电工程系的杨强、陈新和周维垣研究了弹塑性计算中小平衡力的性质，揭示了它和加固力、结构稳定性的密切关系。他们在文章中指出，弹塑性有限元分析迭代过程实质上就是一个逐步消除小平衡力的过程。可以采用弹塑性分析中的小平衡力来指导加固设计:只要施加和小平衡力大小相等、方向相反的加固力，结构就是平衡、稳定的。在所有加固方案里，弹塑性分析确定的加固力是最小的，并归结为应力转移的最小余能原理和加固力上限定理，弹塑性计算确定的加固力和真解相比偏于安全。他们的拱坝计算实例表明，小平衡力分析对分析结构稳定性、指导加固设计是有助益的。作者具体针对基于D-P准则的三维理想弹塑性模型，提出了一种新的有限元增量分析方法，直接导出了符合正交流动法则的转移应力的解析解，不用形成弹塑性增量矩阵。研究表明，对任一迭代步，只要施加一个反向不平衡力(加固力)，结构就是稳定的。可以用总余能范数来衡量弹性试应力场和调整后应力场的偏差，弹塑性本构关系要求该总余能范数取最小值;不平衡力就是两应力场差值在结点上的集中体现，故在总余能范数的意义上，按弹塑性本构关系确定的不平衡力或加固力是最小的。弹塑性计算确定的加固力和真解相比偏于安全。拱坝计算实例表明，不平衡力分析对分析结构稳定性、指导加固设计是有助益的。文章的理论是非常基本的，如何去指导实际的