循环荷载作用下软土中吸力锚基础变形的弹塑性分析

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1、循环荷载作用下软土中吸力锚基础变形的弹塑性分析Elasto-plasticAnalysisonDeformationofSuctionAnchorFoundationsinSoftClaysunderCyclicLoad学科专业：岩土工程研究生：王哲学指导教师：王建华教授天津大学建筑工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机

2、构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘

3、要为维持海洋平台正常工作和安全稳定，吸力锚基础不仅要承受上部结构产生的工作荷载，还要承受风、浪等产生的循环荷载。因此，有必要对静荷载和循环荷载共同作用下吸力锚基础的变形失稳过程做出评价。本文依据一个能够描述循环荷载作用下饱和软粘土不排水应力应变响应的增量弹塑性边界面本构模型，采用欧拉切线算法建立了该本构模型的子增量步显式积分格式。针对该边界面模型无弹性域、无屈服面的特点，对传统子增量步显式积分算法做了以下修正：将试算应力状态回退至边界面上，克服了传统显式积分算法需要修正试算应力状态至屈服面上、而无弹性

4、域边界面模型又没有屈服面的矛盾，提高了显式积分算法在边界面模型中的应用能力；通过试算应力增量方向与像应力点在边界面上外法线方向的夹角大小判断加卸载状态，克服了传统显式积分算法需要通过试算应力与屈服面的位置关系来判断加卸载状态、而无弹性域边界面模型又没有屈服面的矛盾，并以此确定映射中心位置。进一步利用ABAQUS有限元软件的用户自定义材料接口子程序UMAT，编制了能够反映循环荷载作用下软粘土不排水应力应变响应的子程序，并结合ABAQUS增量求解主程序，形成了一种通过跟踪循环荷载时程来分析静荷载和循环荷载

5、共同作用下饱和软粘土变形的增量弹塑性有限元方法。利用该有限元方法对循环三轴试验和循环扭剪试验进行预测，并将预测结果与上述本构模型的理论分析结果比较，验证了在ABAQUS环境中该增量弹塑性有限元方法的正确性。利用该增量弹塑性有限元分析方法对静荷载和循环荷载共同作用下吸力锚基础模型试验进行模拟。结果表明有限元方法得到的水平破坏模式和竖向破坏模式下吸力锚系泊点沿系泊方向循环累积变形、循环变形与模型试验结果较为接近；通过将有限元方法和模型试验得到的两种破坏模式下吸力锚系泊点沿水平方向、竖直方向的循环累积变形进

6、行比较，表明有限元预测结果与模型试验结果相比偏小，但整体趋势上基本一致。因此，该有限元方法可以在一定程度上分析静荷载与循环荷载共同作用下吸力锚基础的变形失稳过程。关键词：增量弹塑性方法；有限元分析；吸力锚；软土变形ABSTRACTInordertoensuretheoffshoreplatformworkingnormallyandmaintainitssafetyandstability,thesuctionanchorfoundationsundertakenotonlytheworkingloa

7、dinducedbytheupperstructure,butalsothecyclicloadproducedbywind,wave,etc.Sotheassessmentondeformationinstabilityprocessofsuctionanchorfoundationsunderbothstaticloadandcyclicloadisnecessary.Basedonanincrementalelasto-plasticboundaryconstitutivemodelwhichc

8、anreflecttheundrainedstressstrainresponseofsaturatedsoftclayundercyclicload,asub-incrementalexplicitintegrationschemewasestablishedbytheeulertangentalgorithm.Aimingatthecharacteristicsofnoelasticregionandnoyieldsurfaceinthebounda