基于EFG-FEM的加筋土挡墙数值计算方法

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1、学校代号10532学号S1501W0039分类号TU431密级公开工程硕士学位论文基于EFG-FEM的加筋土挡墙数值计算方法学位申请人姓名李秋迪培养单位土木工程学院导师姓名及职称杜运兴副教授刘建文高工学科专业建筑与土木工程研究方向加筋土数值计算方法论文提交日期2018年5月27日学校代号：10532学号：S1501W0039密级：公开湖南大学工程硕士学位论文基于EFG-FEM的加筋土挡墙数值计算方法学位申请人姓名：李秋迪导师姓名及职称：杜运兴副教授刘建文高工培养单位：土木工程学院专业名称：建筑与土木工程论文提交日期：2018年5月27日论文答辩日期：2018年5月30日答辩委员会主席：李正农

2、教授NumericalcalculationmethodofreinforcedearthretainingwallbasedonEFG-FEMbyLIQiudiB.E.(HefeiUniversityofTechnology)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinArchitectureandCivilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociateProfes

3、sorDUYunxingSeniorEngineerLIUJianwenJanuary,2018工程硕士学位论文湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：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学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授

4、权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□√√。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I基于EFG-FEM的加筋土挡墙数值计算方法摘要加筋土挡墙是一种性能优异的挡土墙，已在我国得到了广泛的应用。目前在分析和设计该类挡墙时最普遍的方法是有限元法，这得益于该方法具有较高的经济性和可靠度。但有限元法（FEM）在分析大变形问题时易发生网格畸变，降低了计算精度和效率。由于无网格法在计算过程中不需要网格的约束，只需要

5、节点信息，所以具有较好的精度，适于分析加筋土挡墙。但无网格法本质边界条件施加困难，将其与有限元法耦合可很好的解决该问题，并充分发挥两种方法的优点。本文在以上思路的基础上将邓肯张模型应用于无网格伽辽金法（EFG）中作为加筋土中土体的本构模型，将等效附加应力法推广到EFG中模拟筋材的作用，并提出了EFG-FEM混合数值方法。本文采用FORTRAN编制了所有代码并将其用于加筋土挡墙离心模型试验与现场试验的数值分析，主要得到以下结论：（1）本文采用EFG-FEM直接耦合法计算加筋土问题。该方法不需构造过渡单元的形函数，大大简化了计算过程。该方法在本质边界处布置FEM单元，其余部位均匀分布EFG节点，

6、充分发挥了FEM施加本质边界条件的优势及EFG计算变形的优势。（2）本文采用邓肯-张模型作为土体的本构关系模型，并将其应用于EFG进行加筋土的数值分析，提出了EFG中背景单元弹性矩阵的计算方法，推导了节点刚度矩阵的计算公式，实现了邓肯-张模型在EFG中的应用。（3）本文将等效附加应力法推广到EFG中，提出了基于EFG的等效附加应力法。计算时仅需在土体的弹性矩阵上加上筋材的等效附加矩阵即可，筋材的作用最终体现在附加刚度矩阵上，将其与土体的刚度矩阵叠加可得加筋土的刚度矩阵。（4）本文提出了一种新的加筋土数值计算方法——EFG-FEM混合数值方法。该方法中EFG与FEM的耦合边界采用EFG-FEM

7、直接耦合法计算，筋材的作用采用等效附加应力法计算，土体的本构模型采用邓肯张模型。该方法结果与加筋土挡墙离心试验与现场试验的结果吻合较好，证明了该方法的正确性及其解决工程问题的能力。关键词：加筋土；有限元法；邓肯张模型；无网格伽辽金法；等效附加应力法II工程硕士学位论文AbstractThereinforcedsoiltechnologyhasgreatlyimprovedtheoverallstrengtha