港口工程数值仿真技术

目录
前言
第1章黏土的变形特性与本构理论 1
1.1 黏土的单向压缩特性 1
1.2 黏土的等向压缩特性 4
1.3 黏土的剪切变形特性 6
1.4 黏土的剪胀理论 9
1.4.1 剪胀的定义 9
1.4.2 经典的应力剪胀理论 10
1.5 薪土的剑桥模型 11
1.5.1 原始剑桥模型的流动法则 11
1.5.2 原始剑桥模型的屈服函数 13
1.5.3 原始剑桥模型的硬化规律 14
1.5.4 原始剑桥模型 14
1.5 呈修正剑桥模型 15
1.6 工程上常用的土体本构模型 16
1.6.1 邓肯-张模型 16
1.6.2 南水模型 18
参考文献 21
第2章砂土的变形特性与本构理论 22
2.1 砂土的压缩特性 23
2.2 砂土的剪切特性 23
2.2.1 常规三轴压缩条件下砂土的变形特性 23
2.2.2 多种三轴应力路径条件下砂士的变形特性 27
2.3 砂土的各种状态 31
2.3.1 砂土的当前状态 31
2.3.2 土体的临界状态和相变状态 32
2.4 砂土状态参量、状态指数和相对剪胀指数 34
2.5 砂土的剪胀理论 36
2.6 砂土的状态相关本构模型 38
2.6.1 砂土的屈服准则 38
2.6.2 砂土的流动法则 39
2.6.3 砂土的硬化规律 39
2.6.4 砂土的状态相关本构模型 40
2.7 砂土应力路径的数值模拟 40
参考文献 44
第3章土与结构的接触模拟方法 45
3.1 接触的基本概念 46
3.2 接触的力学描述 47
3.3 接触面的法向模型 48
3.4 接触面的切向模型 48
3.5 接触算法 49
3.6 接触面的相互作用引 51
3.6.1 接触面的法向行为 51
3.6.2 表面的滑动 51
3.6.3 摩擦模型 51
3.6.4 小滑动与有限滑动 52
3.7 Goodman接触模型 52
3.8 损伤接触面模型 53
3.8.1 损伤力学机理 54
3.8.2 损伤接触面本构模型 55
参考文献 58
第4章ABAQUS有限元平台的开发应用 60
4.1 ABAQUS有限元平台介绍 60
4.1.1 ABAQUS有限元平台的功能 60
4.1.2 ABAQUS平台的用户程序接口 61
4.2 用户材料模型子程序的开发 62
4.2.1 ABAQUS的用户子程序 62
4.2.2 非线性问题的解法 64
4.2.3 用户子程序的开发流程 65
4.3 土体本构模型库的验证 71
4.3.1 有限元计算结果的试验验证 71
4.3.2 计算结果稳定性分析 75
4.4 接触面本构模型二次开发 76
4.4.1 FRIC子程序格式和变量说明 76
4.4.2 Goodman非线性弹性接触面模型工次开发示例 78
4.4.3 损伤接触面模型三次开发示例 80
4.4.4 损伤接触面模型有限元试验验证 81
参考文献 83
第5章桶式基础防波堤数值模拟 84
5.1 桶式基础防波堤结构特点 84
5.1.1 新型桶式基础防波堤结构优点 85
5.1.2 桶式基础防被提结构不同阶段工况介绍 85
5.1.3 桶式基础防被堤结构数值分析技术难点 86
5.2 桶式基础防波堤设计方案介绍 86
5.3 桶式基础防波堤数值模拟计算参数确定 90
5.3.1 地基土体弹塑性本构模型参数的确定 90
5.3.2 土体与结构弹性参数确定 92
5.3.3 土体初始侧向土压力系数的确定 93
5.3.4 接触面摩擦系数确定 93
5.3.5 波浪压力的确定 93
5.4 桶式基础防波堤三维有限元框架的建立 94
5.4.1 基本假设 94
5.4.2 防波堤结构与地基的模拟 95
5.4.3 地基与下桶结构接触的模拟 98
5.4.4 地基初始应力场的模拟 99
5.4.5 计算工况 102
5.5 有限元计算结果 103
5.5.1 波浪荷载作用下肪波堤的变形与稳定 103
5.5.2 港侧吹填淤泥情况下防披堤的变形与稳定 105
5.6 桶式基础防波堤结构与土相互作用机理分析 109
5.6.1 桶式基础防波堤结构受力变形特性分析 109
5.6.2 不同荷载作用点对结构受力变形影响特性分析 120
5.6.3 不同基础土体对结构受力变形特性影响分析 122
5.7 桶式基础防波堤结构受力简化计算 125
5.7.1 桶体所受土压力简化计算 125
5.7.2 桶式基础防波堤摩擦力及端阻力简化计算 128
5.7.3 桶式基础防波堤结构转动中心位置确定 132
参考文献 133
第6章深水板桩码头数值模拟 134
6.1 单锚式板桩码头的工作机理分析 134
6.1.1 单锚式板桩码头方案 134
6.1.2 二维有限元数值分析模型的建立 135
6.1.3 单锚式板桩的工作机理 137
6.1.4 小结 143
6.2 遮帘式板桩码头的工作机理分析 144
6.2.1 遮帘式板桩码头方案 144
6.2.2 三维有限元数值分析模型的建立 145
6.2.3 遮帘式板桩结构的受力与变形 147
6.2.4 遮帘式与单锚式板桩结构的比较 152
6.2.5 小结 154
6.3 卸荷式板桩码头的工作机理分析 154
6.3.1 卸荷式板桩码头方案 154
6.3.2 三维有限元数值分析模型的建立 155
6.3.3 考虑卸荷效应的土压力计算方法 157
6.3.4 卸荷承台对前墙土压力的影响 159
6.3.5 卸荷承台的卸荷效应分析 162
6.3.6 小结 165
6.4 京唐港32#泊位10万吨级遮帘式板桩码头数值分析 165
6.4.1 工程概况 166
6.4.2 ABAQUS有限元分析模型的建立 168
6.4.3 遮帘式板桩码头有限元计算结果 170
6.4.4 有限元数值分析结果与现场测试结果的比较 174
6.5 京唐港36#泊位20万吨级卸荷式板桩码头数值分析 177
6.5.1 工程概况 177
6.5.2 三维有限元数值分析模型的建立 178
6.5.3 卸荷式板桩码头数值计算结果分析 180
6.5.4 小结 186
参考文献 187