涵洞施工弹塑性有限元模拟分析

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1、太原理工大学硕士学位论文涵洞施工弹塑性有限元模拟分析姓名：李俊伟申请学位级别：硕士专业：水利水电工程指导教师：李永刚2003.4.1涵洞施工弹塑性有限元模拟分析摘要涵洞是埋设在填土下的输水建筑物，它在水利、交通、供排水工程中被广泛使用。本文通过研编弹塑性有限元程序，模拟并分析了涵洞施工全过程(包括：基坑开挖、涵洞主体施工、基坑及上覆土体回填)中计算域土体变形和应力的变化规律。用有限元法模拟分析涵洞基坑开挖时，采用分层、分步模拟开挖过程的方法，即将计算域内单元分层“挖去”，使开挖表面成为无应力表面的方法

2、，分析土体在卸载状态时的应力场和位移场随开挖深度的变化规律；在洞体施工后，回填土体时，据开挖完成时的应力场、位移场，通过逐级增加计算域内的单元数目，施加每级新增加单元的自重荷载，利用有限元法模拟基坑及上覆土体分层填筑的施工过程，这不仅反映土体处于再加载应力状态时，填土受力及变形的一般规律，而且这种将地基——涵洞——土体作为一个统一整体进行模拟的方法，量化了三者之间的相互作用关系。用有限元法模拟分析这种施工过程，反映了土体在不同施工阶段的应力状态，体现了土体从基坑开挖时处于卸载应力状态到基坑及上覆土体回

3、填时土体处于再加载应力状态这一应力路径对其变形和应力的影响。模拟分析再现了土体的非线性本构关系，得到了基坑开挖时土体变形和应力变化的一般规律；在基坑及上覆土体回填时，通过分层填筑的有限元模拟和地基、涵洞、土体三者相互作用的有限元分析，得到施工结束．1-．查曼里三奎堂堡主兰些丝苎!’时的位移场和应力场，同时求得涵洞的结构内力。整个施工过程的有限元模拟分析，真实反映场内各点的应力、应变(内力和位移)，为涵洞的结构分析计算提供了客观、合理的结果，具有重要的实际意义，为涵洞这类构(建)筑物-。的施工提供参考、

4、为设计提供科学依据。、：j关键词：涵洞施工，弹塑性有限元，基坑开挖，基坑填筑’有限元模拟，应力路径，应力场，位移场一^5：P＼查堕堡三盔堂堡主兰垒堡兰——Elastic．PlasticFEMSimulationandAnalysisOnC：ulvertConstructionTheculvertistheworksburiedunderthefillings，whichisoftenusedinHydraulics，Communication，andWatersupplyingengineering．

5、Thewholeprocedureofconstruction，includingfoundation-pitexcavation，thebodyconstructionandfoundation-pitfilling，wassimulatedandanalyzedbyusingelastic-plasticFEMprocedureprogrammedbymyself．Andthelawsofstressfieldanddisplacement氐ldwereobtained．Inthesimulati

6、onandanalysisonculvertconstruction．t11emethodoffoundation-pitexcavationlayerbylayerandstepbystepWasused，i．e．themethodthatmakesthesurfaceofexcavationhavenostress，whentheelementswereexcavatedgraduallyinperiodofconstruction．Atthisprocess，thestateofsoilisun

7、loading，thelawsofstressfieldanddisplacementfieldwiththedepthofexcavationwerestudied．Basedontheobtainedstressfieldanddisplacementfieldaftertheexcavationwascompleted，byusingofthenewlyincreasedfilling-elements’gravityandthegrindingforce，thesimulationofthec

8、onstructionofbodyoftheculvertandfoundation-pit’Sfillinglayerbylayerhadalsobeendoneinthisdissertation．Thesimulationnotonlyreflectedthelawsofthefillingsoil’Sloadinganddeformationwhenitliedinreloadingstate，butalsotherealinteractionb