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某防沙堤的动力固结有限元分析

发布于:2016-02-04 18:39
有限元分析

      波浪作用是近海和海岸结构如采油平台、护岸、码头、防波堤等的主要荷载,由于这类结构建筑在力学性能较差的饱和海相沉积土地基上,地基往往是其最薄弱的部位,应对其进行有限元分析。波浪对近海和海岸结构地基的作用可分为两部分:一是波浪作用在结构上,通过结构将该作用传递到地基;二是行进波浪对海床表面的直接作用,在海床表面产生变化的波浪压力,在海床中产生变化的附加孔隙水压力。工程实践和研究表明,这两个作用都会导致海床中变形和孔隙水压力累积、有效应力降低,使土的抗剪强度和地基的承载力降低,并对海床和结构的稳定产生影响或使结构的变形不可接受。
      目前波浪作用下近海和海岸结构地基的分析仍采用拟静力极限平衡分析方法。该方法不能反映动荷条件下体系的动力放大(或缩小)效应,也不能合理考虑地基土的动应力-应变特性和地基中国足球协会超级联赛静孔隙水压力的累积、消散和扩散过程。弹塑性动力固结有限元法克服了上述不足,但由于其复杂性目前很少应用,通过对某防沙堤在波浪作用下的动力响应分析,来初步说明这一先进数值手段在近海和海岸工程领域的适用性和所能发挥的作用。
      某防沙堤的典型地层和结构断面如图所示。采用在淤泥质海床上铺设土工布、碎石垫层基床,然后在其上放置梯形沉箱的结构设计。分析所采用的程序为 DIANA- SWANDYNE II,该程序是目前国  际上最为有名的饱和土动力固结分析程序,近十几年来已经成功的应用于许多科研和工程领域。
      在低频振动情况下可忽略水相对于土骨架的加速度,采用简化的 u-p 格式的动力固结方程。饱和土动力平衡方程的有限元离散形式为,式中u为结点位移向量;p为结点的孔隙水压力向量;M为总体质量矩阵;B为由单元有效应力积分得到的内力向量(线弹性材料可写成Ku;K为总体刚度矩阵,u为位移向量);Q为流固耦合矩阵;f1为固相的荷载向量。流体的质量守恒及平衡方程为式中G 为由土骨架的加速度项产生的动力渗流矩阵;S为压缩矩阵;H为渗透矩阵;f2为液相的荷载向量。需要指出的是,在SWANDYNE-II中为了使矩阵对称,在方程左端项中将G忽略了,但在右端荷载项中则仍然包括。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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