岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3531-3540.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1909

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

岩土工程连续极限分析方法拓展与验证

王祖乐1, 2,孔德琼1, 2,杜越明1, 2,朱斌1, 2   

  1. 1. 浙江大学 超重力研究中心,浙江 杭州 310058;2. 浙江大学 建筑工程学院,浙江 杭州 310058
  • 收稿日期:2022-12-06 接受日期:2023-01-28 出版日期:2023-12-20 发布日期:2023-12-21
  • 通讯作者: 孔德琼,男,1986年生,博士,研究员,博士生导师,主要从事海洋岩土工程及大变形数值模拟等方面的研究。E-mail: deqiong_kong@zju.edu.cn E-mail:wangzule@zju.edu.cn
  • 作者简介:王祖乐,男,1997年生,硕士研究生,主要从事海洋岩土大变形数值模拟方法的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.52071289,No.51988101)

Extension and validation of sequential limit analysis for geotechnical problems

WANG Zu-le1, 2, KONG De-qiong1, 2, DU Yue-ming1, 2, ZHU Bin1, 2   

  1. 1. Center for Hypergravity Experimental and Interdisciplinary Research, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058, China; 2. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058, China
  • Received:2022-12-06 Accepted:2023-01-28 Online:2023-12-20 Published:2023-12-21
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52071289, 51988101).

摘要: 连续极限分析(sequential limit analysis,SLA)方法在近年来被引入岩土工程领域,该方法将大变形岩土工程问题分解为一系列小变形有限元极限分析问题进行求解,已成功应用于平面应变条件下管道等结构物与不排水软黏土大变形相互作用的分析。SLA法具有较高的计算效率与数值稳定性,且计算误差可基于上限解与下限解偏差进行实时评估。将现有平面应变SLA法进行拓展,以适用于球形触探仪、管桩基础、桩靴基础竖向贯入等旋转轴对称问题,并且基于通用数值平台OPTUM进行开发,使该方法更具一般性。同时,改进了原SLA法中对极限上限解所得机动场的更新方法,使其能够适应更为极端的土体变形。通过与一系列经典塑性解案例和模型试验的对比,验证了拓展后SLA法的准确性和有效性。该方法可实现不排水条件下基础、触探装备和管道等设施与软黏土竖向与水平向极端大变形相互作用的高效模拟。

关键词: 大变形分析, 极限分析, 软黏土, 海洋岩土工程

Abstract:

Sequential limit analysis (SLA) has been recently introduced into geotechnical engineering, in which a large-deformation problem is discretized into a sequence of small-deformation finite element limit analyses, and has been successfully used for the analysis of soil-structure interactions in undrained soft clay under plane strain condition. SLA method possesses high computational efficiency and numerical stability, and its calculation error can be real-time evaluated based on the deviation between upper-bound and lower-bound solutions. In this paper, the existing plane strain SLA method is extended to be suitable for axisymmetric problems such as vertical loading behavior of spherical probe instruments, pipe piles and spudcans. A new version of SLA is developed on the numerical platform OPTUM to broaden its usage. Additionally, the updating method of the model geometry based on velocity fields obtained from upper-bound solution in the original SLA is improved, so that it can adapt to more extreme soil deformation. A series of classical plastic solution cases and model tests are then used to validate the accuracy and effectiveness of the extended SLA method. It proves that this method can be used to simulate large displacement / deformation problems such as the vertical and lateral interactions between undrained clay and facilities such as foundation, penetration equipment and pipelines.

Key words: large deformation analysis, limit analysis, clay, marine geotechnical engineering

中图分类号: 

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[1] 刘杰锋, 李飒, 段贵娟, 王奕霖, . 稳态剪切条件下中国南海软黏土的相态转变特性及流变模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 341-349.
[2] 朱克文, 俞剑, 黄茂松, . 饱和黏土中抗拔桩上限承载力分析及土塞效应[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 1995-2004.
[3] 雷勇, 陈于斯, 谭豪, 李鹏甲, 刘运思, 于艺林, . 下伏空洞桥梁群桩桩端岩层极限承载力计算方法研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(12): 3339-3348.
[4] 李瑛, 刘岸军, 刘兴旺. 考虑假想基础宽度的基坑抗隆起稳定性[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2843-2850.
[5] 王宽君, 贾志远, 沈侃敏, 汤鄢. 台州滨海软黏土强度特性室内外联合标定[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2851-2859.
[6] 李见飞. 抗滑桩加固三维复杂边坡抗震设计的 新方法——拟动力法[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 275-285.
[7] 郑威威, 洪义, 王立忠, . 含气软黏土的不排水抗剪强度计算模型[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2233-2240.
[8] 李雨浓, 刘畅, 王立伟, . 地震效应下三维非均质土坡稳定性极限分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1493-1502.
[9] 李明枫, 王永政, 张婷婷, . 三维应力状态下饱和软黏土循环动力特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1523-1532.
[10] 周锡文, 刘锋涛, 戴北冰, 张澄博, 张金鹏, . 基于混合常应力−光滑应变单元的极限分析方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1660-1670.
[11] 谭廷震, 黄茂松, 刘奕晖, 王浩然, 张中杰, . 基于块体剪流组合机构的黏土基坑抗隆起 稳定性分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 909-917.
[12] 朱文波, 戴国亮, 王博臣, 龚维明, 王海波, 张宇, . 吸力式沉箱基础底部土体卸荷蠕变及其长期 抗拔承载特性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 669-678.
[13] 王海波, 吕伟华, 武荘, 朱文波, . 不同温度应力路径下饱和黏土剪切特性[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 679-687.
[14] 汪嘉钰, 刘润, 姬永红, 杨旭, 陈广思, 王晓磊, . 筒型基础水平向和抗倾承载力的极限分析上限解[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 777-788.
[15] 朱文波, 戴国亮, 王博臣, 龚维明, 孙捷, 胡皓, . 吸力式沉箱底部土体循环特性 及其等效循环蠕变模型研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 466-478.
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[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .