[发明专利]模拟大变形连续贯入过程的混合网格有限元分析方法

权利要求书

1.一种模拟大变形连续贯入过程的混合网格有限元分析方法，其特征在于，包括步骤：

对贯入构件和待贯入土体建立有限元模型，将所述土体的有限元模型划分为采用总应力法的近构件区域以及采用有效应力法的远构件区域；

获取远构件区域的有效应力土体参数，基于处于弹性变形阶段的各向同性土体的剪切和体积效应同时在总应力法下以及有效应力法下解耦的假定，根据所述有效应力土体参数推导出近构件区域的总应力土体参数；

根据所述贯入构件和所述土体的有限元模型以及所述有效应力土体参数和所述总应力土体参数对所述大变形连续贯入所述土体的过程进行有限元模拟。

2.如权利要求1所述的模拟大变形连续贯入过程的混合网格有限元分析方法，其特征在于：

所述有效应力土体参数包括排水条件下的剪切模量G'和排水条件下的弹性模量E'，所述总应力土体参数包括不排水条件下的剪切模量G_u和不排水条件下的弹性模量E_u；

根据所述有效应力土体参数推导出近构件区域的总应力土体参数的步骤包括：

建立排水条件下的弹性模量E'和排水条件下的剪切模量G'的关系式E′＝2G′(1+v′) (1)，其中，v'为排水条件下的泊松比；

建立不排水条件下的弹性模量E_u和不排水条件下的剪切模量G_u的关系式E_u＝2G_u(1+v_u) (2)，其中，v_u为不排水条件下的泊松比，在总应力法下，所述不排水条件下的泊松比v_u为固定值；

基于所述假定，得到不排水条件下的剪切模量G_u与排水条件下的剪切模量G'的关系式G_u＝G′＝G (3)；

将关系式(1)和关系式(2)代入关系式(3)中，得到不排水条件下的弹性模量E_u与排水条件下的弹性模量E'的关系式：

。

3.如权利要求2所述的模拟大变形连续贯入过程的混合网格有限元分析方法，其特征在于：

所述总应力土体参数还包括土体的饱和容重和不排水条件下的静止侧压力系数K₁，K₁＝v_u/(1-v_u)；

所述有效应力土体参数还包括土体的有效容重和排水条件下的静止侧压力系数K₂，

其中，K_0nc＝v'/(1-v')或者K_0nc为正常固结土体的静止侧压力系数，OCR为土体的超固结比，为土体的有效内摩擦角。

4.如权利要求1所述的模拟大变形连续贯入过程的混合网格有限元分析方法，其特征在于，所述贯入构件为管桩，所述近构件区域为距桩身R_x倍桩半径范围内的区域，所述远构件区域为所述近构件区域以外的区域，其中，R_x为[0.1～0.6]，R_x与桩半径呈负相关。

5.如权利要求1所述的模拟大变形连续贯入过程的混合网格有限元分析方法，其特征在于，所述远桩构件区域的土体有限元模型的网格单元采用为Lagrange算法，当所述贯入构件为闭口型时，所述近构件区域的土体有限元模型的网格单元采用ALE算法或CEL算法，当所述贯入构件为开口型时，所述近构件区域的土体有限元模型的网格单元采用CEL算法。

6.如权利要求5所述的模拟大变形连续贯入过程的混合网格有限元分析方法，其特征在于，当所述近构件区域的土体有限元模型的网格单元采用CEL算法时，在对所述土体建立有限元模型时，于所述近构件区域的上部设置用于模拟土体表面隆起现象的空网格区域。

7.如权利要求1所述的模拟大变形连续贯入过程的混合网格有限元分析方法，其特征在于，在对所述大变形连续贯入所述土体的过程进行有限元模拟时，设所述为连续贯入过程中不会发生自身变形的刚性体。