[發明專利]模擬大變形連續貫入過程的混合網格有限元分析方法

在審

• 申請號: 202110676020.0
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113505505A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 竇錦鐘;孫旻;韓磊;冉岸綠;吳劍秋;袁青云;熊國軍;方興杰
• 申請（專利權）人: 中國建筑第八工程局有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 季辰玲

1.一種模擬大變形連續貫入過程的混合網格有限元分析方法，其特征在于，包括步驟：

對貫入構件和待貫入土體建立有限元模型，將所述土體的有限元模型劃分為采用總應力法的近構件區域以及采用有效應力法的遠構件區域；

獲取遠構件區域的有效應力土體參數，基于處于彈性變形階段的各向同性土體的剪切和體積效應同時在總應力法下以及有效應力法下解耦的假定，根據所述有效應力土體參數推導出近構件區域的總應力土體參數；

根據所述貫入構件和所述土體的有限元模型以及所述有效應力土體參數和所述總應力土體參數對所述大變形連續貫入所述土體的過程進行有限元模擬。

2.如權利要求1所述的模擬大變形連續貫入過程的混合網格有限元分析方法，其特征在于：

所述有效應力土體參數包括排水條件下的剪切模量G'和排水條件下的彈性模量E'，所述總應力土體參數包括不排水條件下的剪切模量G_u和不排水條件下的彈性模量E_u；

根據所述有效應力土體參數推導出近構件區域的總應力土體參數的步驟包括：

建立排水條件下的彈性模量E'和排水條件下的剪切模量G'的關系式E′＝2G′(1+v′) (1)，其中，v'為排水條件下的泊松比；

建立不排水條件下的彈性模量E_u和不排水條件下的剪切模量G_u的關系式E_u＝2G_u(1+v_u) (2)，其中，v_u為不排水條件下的泊松比，在總應力法下，所述不排水條件下的泊松比v_u為固定值；

基于所述假定，得到不排水條件下的剪切模量G_u與排水條件下的剪切模量G'的關系式G_u＝G′＝G (3)；

將關系式(1)和關系式(2)代入關系式(3)中，得到不排水條件下的彈性模量E_u與排水條件下的彈性模量E'的關系式：

。

3.如權利要求2所述的模擬大變形連續貫入過程的混合網格有限元分析方法，其特征在于：

所述總應力土體參數還包括土體的飽和容重和不排水條件下的靜止側壓力系數K₁，K₁＝v_u/(1-v_u)；

所述有效應力土體參數還包括土體的有效容重和排水條件下的靜止側壓力系數K₂，

其中，K_0nc＝v'/(1-v')或者K_0nc為正常固結土體的靜止側壓力系數，OCR為土體的超固結比，為土體的有效內摩擦角。

4.如權利要求1所述的模擬大變形連續貫入過程的混合網格有限元分析方法，其特征在于，所述貫入構件為管樁，所述近構件區域為距樁身R_x倍樁半徑范圍內的區域，所述遠構件區域為所述近構件區域以外的區域，其中，R_x為[0.1～0.6]，R_x與樁半徑呈負相關。

5.如權利要求1所述的模擬大變形連續貫入過程的混合網格有限元分析方法，其特征在于，所述遠樁構件區域的土體有限元模型的網格單元采用為Lagrange算法，當所述貫入構件為閉口型時，所述近構件區域的土體有限元模型的網格單元采用ALE算法或CEL算法，當所述貫入構件為開口型時，所述近構件區域的土體有限元模型的網格單元采用CEL算法。

6.如權利要求5所述的模擬大變形連續貫入過程的混合網格有限元分析方法，其特征在于，當所述近構件區域的土體有限元模型的網格單元采用CEL算法時，在對所述土體建立有限元模型時，于所述近構件區域的上部設置用于模擬土體表面隆起現象的空網格區域。

7.如權利要求1所述的模擬大變形連續貫入過程的混合網格有限元分析方法，其特征在于，在對所述大變形連續貫入所述土體的過程進行有限元模擬時，設所述為連續貫入過程中不會發生自身變形的剛性體。