摘要
为了使广义西原模型可以描述冻土的各个变形阶段,用非线性牛顿体替代线性牛顿体进行改进,采用类比的方法将冻土单轴应力状态下的本构方程推广到三维状态;在ABAQUS中利用二次开发平台,编写了改进广义西原模型的UMAT子程序,并在单轴、三轴蠕变条件下进行检验。单轴蠕变的数值解与解析解计算结果十分吻合,两淮地区深部冻结粘土三轴蠕变试验模拟值与实验值相符。表明改进的广义西原模型可以很好地描述冻土蠕变变形特征,包括加速蠕变阶段,UMAT子程序可以用于冻结法施工工程数值模拟。
This paper improves the generalized Nishihara model by replacing linear Newton body with non-linear Newton body to make it have the ability to describe all deformation stages of frozen soil. The constitutive equation of frozen soil under uniaxial stress state is extended to three-dimensional state by a analogy method. Then, the UMAT subroutine of generalized Nishihara model is compiled in ABAQUS using the platform of secondary development. The UMAT subroutine is tested under uniaxial and triaxial creep conditions.The numerical solution of uniaxial creep is in good agreement with the analytical solution. The numerical solution of triaxial creep test of deep frozen clay in Lianghuai area is in good agreement with the experimental value. The UMAT subroutine of modified generalized Nishihara model can describe the creep deformation characteristics of materials well, including the accelerated creep stage. The UMAT subroutine can be used in engineering calculation.
引文
[1] 美启航, 于晖, 陈继.冻土蠕变特性研究现状及展望[J]. 灾害学, 2018, 33(S1): 47-56.
[2] 马巍. 冻结粘性土的变形分析[J]. 冰川冻土, 2000, 22(1): 43-47.
[3] 袁文华. 人工冻土黏弹塑性本构参数反分析研究[J]. 岩土力学, 2013, 34(11): 3091-3095.
[4] 汪仁和, 李栋伟, 王秀喜. 改进的西原模型及其在ADINA程序中的实现[J]. 岩土力学, 2006, 27(11): 1954-1958.
[5] 姚兆明, 张秋瑾, 牛连僧. 基于蚁群算法的冻结重塑黏土分数阶导数西原模型分析[J]. 长江科学院院报, 2016, 33(07): 81-86.
[6] 李栋伟. 高应力下冻土本构关系研究及工程应用[D]. 安徽: 安徽理工大学, 2005.
[7] 曹伟, 项蒙佳, 赵少飞. 冻土蠕变的非线性模型研究[J]. 华北科技学院学报, 2015,12(3): 82-86.
[8] 郑雨天.岩石力学的弹塑性理论基础[M]. 北京:煤炭工业出版社, 1988.
[9] 孙钧, 汪炳鉴. 地下结构有限元法解析[M]. 海: 同济大学出版社, 1988: 163-184.
[10] 潘晓明, 杨钊, 雷春娟, 等. 广义西原粘弹塑流变模型在ABAQUS中开发与应用[J]. 建筑结构学报, 2010, 31(S2): 324-329.
[11] 张海银, 范菊红, 李栋伟. 动荷载作用下人工冻土蠕变试验研究及有限元分析[J]. 煤矿安全, 2013, 44(4):195-197.
[12] 曹伟. 下加载面修正剑桥模型在ABAQUS中的二次开发及应用[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学,2014.
[13] 徐大伟. 人工冻土黏弹塑性本构模型研究及应用[D].安徽: 安徽理工大学, 2013.