透压力对变形应力影响的数值模拟方法探讨

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1、张国新：孔隙介质渗流场中渗透力如何计算？-连续孔隙介质渗透压力对变形应力影响的数值模拟方法探讨(流域水循环模拟与调控国家重点实验室中国水利水电科学研究院，北京100038)摘要：渗流场对应力和变形影响计算中渗流荷载目前普遍采用渗透体积力+浮托力方式，即fh/xf,h/yf,h/z。这是一种简化近似算法，即忽略渗透压xyz力作用下固体介质自身的变形，这种近似对于土、砂等细颗粒离散介质的误差是可以忽略，但对于混凝土、裂缝岩体这样的连续孔隙介质或等效孔隙介质则因忽略了孔隙压力对固体介质变形的影响，夸大了浮托力的作用，导致变形和有效应力失真。本文从孔隙水压作

2、用下的应力应变关系出发，将孔隙压力的作用按初应变（或初应力）推导有限元渗透荷载公式（孔隙压力初应力/应变法）。用算例比较了不同方法对结果的影响，结果表明，渗透体积力+浮托力的算法，有效应力和变形误差过大，有些情况下会得到错误的变形结果。而孔隙压力初应力/应变法，可以正确地得到渗流场中渗透压力作用下的应力和变形。关键词：连续孔隙介质；渗流场；孔隙压力；初应变；有效应力Studyonnumericalsimulationmethodusedinanalyzingcontinuousporemediumseepagepressure’seffectondeformationandstress

3、GuoxinZhangStateKeyLaboratoryofSimulationandRegulationofWaterCycleinRiverBasin,ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing,100038,ChinaAbstract:Seepageforceandupliftpressureareoftenusedtoanalyzeseepagefield’sinfluenceondeformationandstress,whichisfh/xf,h/yf,h/z.T

4、hisisaxyzsimplifiedproximalalgorithm,whichignoressolidmedia’sowndeformationunderporepressure.Forfine-granularmediumlikesoilandsand,thisself-deformationcanbeignored,butforcontinuousporemediumlikeconcreteandrockwithcracks,theneglectofporepressure’seffectonsolidmediumandoverestimateofupliftpressure

5、willmisestimatethedeformationandeffectivestress.Fromtheperspectiveofstress-strainunderporepressure,regardingtheporepressureasinitialstrain(initialstress),thepaperderivesthefiniteelementformulaforseepageload(named“initialstrain/stress”method).Comparingdifferentresultsgettingfromdifferentcalculati

6、onmethods,itshowsthatfromthecalculationusingseepageforceandupliftpressureasseepageload,theobtaineddeformationandeffectivestressappeartoolargeerrorandsometimesareevenwrong,whilethe“initialstrain/stress”methodcancometocorrectresultofdeformationandstress.Keywords:continuousporemedium,seepagefield,p

7、orepressure,initialstrain,effectivestress.基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFB0201000）；国家重点基础研究发展规划项目（2013CB036406，2013CB035904）；国家自然科学基金项目（51579252，51439005）；国家科技支撑计划项目（2013BAB06B00）；流域水循环模拟与调控国家重点实验室基金项目；中国水利水电科学研究院科研专项(材集1353，材集1361，