港口工程數(shù)值仿真技術(shù)

目錄
前言
第1章黏土的變形特性與本構(gòu)理論 1
1.1 黏土的單向壓縮特性 1
1.2 黏土的等向壓縮特性 4
1.3 黏土的剪切變形特性 6
1.4 黏土的剪脹理論 9
1.4.1 剪脹的定義 9
1.4.2 經(jīng)典的應(yīng)力剪脹理論 10
1.5 薪土的劍橋模型 11
1.5.1 原始劍橋模型的流動法則 11
1.5.2 原始劍橋模型的屈服函數(shù) 13
1.5.3 原始劍橋模型的硬化規(guī)律 14
1.5.4 原始劍橋模型 14
1.5 呈修正劍橋模型 15
1.6 工程上常用的土體本構(gòu)模型 16
1.6.1 鄧肯-張模型 16
1.6.2 南水模型 18
參考文獻 21
第2章砂土的變形特性與本構(gòu)理論 22
2.1 砂土的壓縮特性 23
2.2 砂土的剪切特性 23
2.2.1 常規(guī)三軸壓縮條件下砂土的變形特性 23
2.2.2 多種三軸應(yīng)力路徑條件下砂士的變形特性 27
2.3 砂土的各種狀態(tài) 31
2.3.1 砂土的當(dāng)前狀態(tài) 31
2.3.2 土體的臨界狀態(tài)和相變狀態(tài) 32
2.4 砂土狀態(tài)參量、狀態(tài)指數(shù)和相對剪脹指數(shù) 34
2.5 砂土的剪脹理論 36
2.6 砂土的狀態(tài)相關(guān)本構(gòu)模型 38
2.6.1 砂土的屈服準(zhǔn)則 38
2.6.2 砂土的流動法則 39
2.6.3 砂土的硬化規(guī)律 39
2.6.4 砂土的狀態(tài)相關(guān)本構(gòu)模型 40
2.7 砂土應(yīng)力路徑的數(shù)值模擬 40
參考文獻 44
第3章土與結(jié)構(gòu)的接觸模擬方法 45
3.1 接觸的基本概念 46
3.2 接觸的力學(xué)描述 47
3.3 接觸面的法向模型 48
3.4 接觸面的切向模型 48
3.5 接觸算法 49
3.6 接觸面的相互作用引 51
3.6.1 接觸面的法向行為 51
3.6.2 表面的滑動 51
3.6.3 摩擦模型 51
3.6.4 小滑動與有限滑動 52
3.7 Goodman接觸模型 52
3.8 損傷接觸面模型 53
3.8.1 損傷力學(xué)機理 54
3.8.2 損傷接觸面本構(gòu)模型 55
參考文獻 58
第4章ABAQUS有限元平臺的開發(fā)應(yīng)用 60
4.1 ABAQUS有限元平臺介紹 60
4.1.1 ABAQUS有限元平臺的功能 60
4.1.2 ABAQUS平臺的用戶程序接口 61
4.2 用戶材料模型子程序的開發(fā) 62
4.2.1 ABAQUS的用戶子程序 62
4.2.2 非線性問題的解法 64
4.2.3 用戶子程序的開發(fā)流程 65
4.3 土體本構(gòu)模型庫的驗證 71
4.3.1 有限元計算結(jié)果的試驗驗證 71
4.3.2 計算結(jié)果穩(wěn)定性分析 75
4.4 接觸面本構(gòu)模型二次開發(fā) 76
4.4.1 FRIC子程序格式和變量說明 76
4.4.2 Goodman非線性彈性接觸面模型工次開發(fā)示例 78
4.4.3 損傷接觸面模型三次開發(fā)示例 80
4.4.4 損傷接觸面模型有限元試驗驗證 81
參考文獻 83
第5章桶式基礎(chǔ)防波堤數(shù)值模擬 84
5.1 桶式基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)特點 84
5.1.1 新型桶式基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)優(yōu)點 85
5.1.2 桶式基礎(chǔ)防被提結(jié)構(gòu)不同階段工況介紹 85
5.1.3 桶式基礎(chǔ)防被堤結(jié)構(gòu)數(shù)值分析技術(shù)難點 86
5.2 桶式基礎(chǔ)防波堤設(shè)計方案介紹 86
5.3 桶式基礎(chǔ)防波堤數(shù)值模擬計算參數(shù)確定 90
5.3.1 地基土體彈塑性本構(gòu)模型參數(shù)的確定 90
5.3.2 土體與結(jié)構(gòu)彈性參數(shù)確定 92
5.3.3 土體初始側(cè)向土壓力系數(shù)的確定 93
5.3.4 接觸面摩擦系數(shù)確定 93
5.3.5 波浪壓力的確定 93
5.4 桶式基礎(chǔ)防波堤三維有限元框架的建立 94
5.4.1 基本假設(shè) 94
5.4.2 防波堤結(jié)構(gòu)與地基的模擬 95
5.4.3 地基與下桶結(jié)構(gòu)接觸的模擬 98
5.4.4 地基初始應(yīng)力場的模擬 99
5.4.5 計算工況 102
5.5 有限元計算結(jié)果 103
5.5.1 波浪荷載作用下肪波堤的變形與穩(wěn)定 103
5.5.2 港側(cè)吹填淤泥情況下防披堤的變形與穩(wěn)定 105
5.6 桶式基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)與土相互作用機理分析 109
5.6.1 桶式基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)受力變形特性分析 109
5.6.2 不同荷載作用點對結(jié)構(gòu)受力變形影響特性分析 120
5.6.3 不同基礎(chǔ)土體對結(jié)構(gòu)受力變形特性影響分析 122
5.7 桶式基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)受力簡化計算 125
5.7.1 桶體所受土壓力簡化計算 125
5.7.2 桶式基礎(chǔ)防波堤摩擦力及端阻力簡化計算 128
5.7.3 桶式基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動中心位置確定 132
參考文獻 133
第6章深水板樁碼頭數(shù)值模擬 134
6.1 單錨式板樁碼頭的工作機理分析 134
6.1.1 單錨式板樁碼頭方案 134
6.1.2 二維有限元數(shù)值分析模型的建立 135
6.1.3 單錨式板樁的工作機理 137
6.1.4 小結(jié) 143
6.2 遮簾式板樁碼頭的工作機理分析 144
6.2.1 遮簾式板樁碼頭方案 144
6.2.2 三維有限元數(shù)值分析模型的建立 145
6.2.3 遮簾式板樁結(jié)構(gòu)的受力與變形 147
6.2.4 遮簾式與單錨式板樁結(jié)構(gòu)的比較 152
6.2.5 小結(jié) 154
6.3 卸荷式板樁碼頭的工作機理分析 154
6.3.1 卸荷式板樁碼頭方案 154
6.3.2 三維有限元數(shù)值分析模型的建立 155
6.3.3 考慮卸荷效應(yīng)的土壓力計算方法 157
6.3.4 卸荷承臺對前墻土壓力的影響 159
6.3.5 卸荷承臺的卸荷效應(yīng)分析 162
6.3.6 小結(jié) 165
6.4 京唐港32#泊位10萬噸級遮簾式板樁碼頭數(shù)值分析 165
6.4.1 工程概況 166
6.4.2 ABAQUS有限元分析模型的建立 168
6.4.3 遮簾式板樁碼頭有限元計算結(jié)果 170
6.4.4 有限元數(shù)值分析結(jié)果與現(xiàn)場測試結(jié)果的比較 174
6.5 京唐港36#泊位20萬噸級卸荷式板樁碼頭數(shù)值分析 177
6.5.1 工程概況 177
6.5.2 三維有限元數(shù)值分析模型的建立 178
6.5.3 卸荷式板樁碼頭數(shù)值計算結(jié)果分析 180
6.5.4 小結(jié) 186
參考文獻 187