论文部分内容阅读
流体饱和两相多孔介质在地震波作用下的动力反应计算分析是土动力学中的重要研究课题,而求解两相多孔介质波动方程的数值计算方法是进行这一问题的研究所必不可少的基本要素之一。在两相多孔介质动力反应的计算分析中,求解波动方程所采用的数值计算方法将显著地影响计算时所占用的计算机内存资源量以及计算所需要消耗的机时,从而决定了计算求解的效率。
本文进行了流体饱和两相多孔介质动力反应计算分析的数值计算方法方面的研究工作,主要研究成果如下:
1.应用中心差分法与Newmark常平均加速度法相结合的时域积分方法,并且引入描述两相介质动力反应性质的弹塑性动力本构模型,建立了求解两相介质的弹塑性波动方程组,进行两相介质弹塑性动力反应计算分析的时域显式有限元方法。该方法以两相介质动力反应的增量作为基本未知量,可以按照时间的顺序依次进行逐步的迭代求解,从而完成两相介质体系弹塑性动力反应时程的计算,而无须在迭代计算的每一个时间步中求解系统整体的联立方程组,因此可以使计算求解的效率得到显著的提高。
2.应用本文所建立的流体饱和两相多孔介质弹塑性动力反应计算分析的时域显式有限元方法,对两相介质在输入地震波作用下的弹塑性动力反应进行了计算分析,并将计算结果与相应的弹性动力反应的计算结果进行了对比,然后对本文所应用的两相介质弹塑性动力本构模型进行了参数研究,对该模型中的塑性势参数和两阶段硬化参数之比的取值对于两相介质弹塑性动力反应计算结果的影响进行了分析和讨论。
3.建立了求解u-p格式的两相多孔介质弹性波动方程的时域显式有限元方法的理论框架。该方法保留了时域显式积分方法的基本特点,即两相介质体系当前步的动力反应结果可以由前一步和本步的相应结果进行直接计算而得到,因此,只需要按照时间顺序依次进行逐步的迭代求解,即可完成两相介质体系动力反应时程的计算,而无须在迭代计算的每一个时间步中求解系统整体的联立方程组。
对深厚可液化场地上土体与地铁地下结构动力相互作用的大型振动台试验的试验方法进行了研究,并且以实际建设的南京地铁为研究背景,分别进行了深厚可液化场地上的双洞单轨的区间隧道结构和两层双柱三跨的地铁车站结构地震反应的大型振动台模型试验,并且对试验结果进行了整理和分析,对由试验结果所反映的深厚可液化场地上地铁地下结构地震反应的规律和特性进行了研究和讨论。