考虑开裂的桩承式路堤有限元建模动力分析方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115964779A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202211564191.5(22)申请日2022.12.07(71)申请人武汉大学地址430072湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学(72)发明人徐传堡郑俊杰郑烨炜刘洋邓嘉隆周桓竹(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)42222专利代理师罗敏清(51)Int.Cl.G06F30/13(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称考虑开裂的桩承式路堤有限元建模动力分析方法(57)摘要本发明公开了一种考虑开裂的桩承式路堤有限元建模动力分析方法，包括：将桩承式加筋路堤进行简化得到其简化结构；根据简化结构的几何参数，建立预设裂缝的桩承式加筋路堤几何模型；对预设裂缝的桩承式加筋路堤几何模型的各结构赋予材料和单元属性并划分网格；设置结构的荷载及边界条件进行一次分析，随后建立不同尺寸的上述模型进行分析；对步骤4得到的桩承式加筋路堤模型进行静力分析以确定桩承式加筋路堤几何模型土体及结构的物理力学参数；在确定了土体及结构的物理力学参数的基础上，对桩承式加筋路堤几何模型进行动力分析以验证模型的有效性。本发明建模简便，结果稳定可靠，填补了桩承式路堤有限元分析中未考虑开裂路面影响的空白。CN115964779ACN115964779A权利要求书1/2页1.一种考虑开裂的桩承式路堤有限元建模动力分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将桩承式加筋路堤进行简化得到其简化结构；步骤2、根据简化结构的几何参数，建立预设裂缝的桩承式加筋路堤几何模型；步骤3、对预设裂缝的桩承式加筋路堤几何模型的各结构赋予材料和单元属性并划分网格；步骤4、对步骤3得到的桩承式加筋路堤几何模型设置不同的尺寸，并对不同尺寸的模型设置荷载及边界条件进行有限元分析计算，筛选出计算结果不再随尺寸变化的模型为最终尺寸的桩承式加筋路堤几何模型；步骤5、对步骤4得到的桩承式加筋路堤模型进行静力分析并考虑路堤施工过程以确定桩承式加筋路堤几何模型土体及结构的物理力学参数；步骤6、在步骤5确定了土体及结构的物理力学参数的基础上，对桩承式加筋路堤几何模型进行动力分析。2.根据权利要求1所述的考虑开裂的桩承式路堤有限元建模动力分析方法，其特征在于，步骤S1中，将桩承式加筋路堤简化为包括路面结构层、路堤、加筋层、桩和软土的简化结构。3.根据权利要求2所述的考虑开裂的桩承式路堤有限元建模动力分析方法，其特征在于，路面结构层简化为面层、基层和底基层，其余结构根据工程实际进行设置。4.根据权利要求1所述的考虑开裂的桩承式路堤有限元建模动力分析方法，其特征在于，步骤2具体包括：提取桩承式加筋路堤设计的几何参数，根据几何参数构建桩承式加筋路堤几何模型；将需要预设裂缝的结构从模型中分割出来；创建裂缝，设置裂缝尖端、裂缝扩展方向和奇异单元参数；将上述裂缝赋予到上述分割好的结构中，最后将赋予裂缝的结构与剩余其他结构一起构建成为桩承式路堤几何模型，从而获得预设裂缝的桩承式加筋路堤几何模型。5.根据权利要求2所述的考虑开裂的桩承式路堤有限元建模动力分析方法，其特征在于，步骤3中，路面结构、加筋层及桩采用线弹性本构，输入材料的密度、弹性模量和泊松比；路堤采用摩尔‑库伦本构，输入材料的密度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和粘聚力；软土采用修正剑桥本构，输入材料的密度、多孔介质弹性参数、修正剑桥参数及渗透性参数。6.根据权利要求1所述的考虑开裂的桩承式路堤有限元建模动力分析方法，其特征在于，步骤3中，划分网格时，对裂缝区域采用自由化网格划分技术，对剩余部分采用结构化网格划分技术，并对网格尺寸进行敏感性分析。7.根据权利要求1所述的考虑开裂的桩承式路堤有限元建模动力分析方法，其特征在于，步骤4中，设置荷载及边界条件为：设置荷载的施加方式为体力荷载，并根据水位设定饱和重度及浮重度；模型水位简化位于软土层表面，并设置其孔压为零；设置模型侧边约束水平方向位移，模型底边约束竖直方向位移。8.根据权利要求2所述的考虑开裂的桩承式路堤有限元建模动力分析方法，其特征在于，步骤5具体方法为：步骤51、移除桩承式加筋路堤几何模型中的路堤及路面结构，设置软土及桩的初始地2CN115964779A权利要求书2/2页应力场，并设置软土沿深度变化的初始孔隙比；步骤52、分层激活路堤及路面结构，模拟路堤填筑施工过程；步骤53、根据实际工程设置软土固结分析时间，将分析结果与工程监测数据进行对比；步骤54、循环进行上述步骤，直至分析结果与工程监测数据吻合，则将此时桩承式加筋路堤几何模型土体及结构的物理力学参数作为下一