饱和两相介质—结构体系非线性动力相互作用方法研究

针对饱和两相介质-结构体系的动力相互作用问题，通过理论分析、试验研究与数值模拟相结合的研究方法，建立考虑场地土体几何非线性、材料非线性和土体与结构接触非线性等多种复杂非线性效应的饱和两相介质-结构体系动力相互作用问题的计算分析方法，重点解决饱和土体大变形动力本构模型、基于动力松弛技术的饱和两相介质-结构体系静动荷载耦合作用分析、饱和两相介质无限域能量辐射效应以及饱和两相介质-结构体系非线性动力相互作用高效数值计算方法等方面的问题。基于该方法集成研发饱和两相介质非线性近场波动问题计算分析软件，进行考虑多种复杂非线性效应的饱和两相介质-结构体系非线性动力相互作用的计算分析，以获得对饱和两相介质-结构体系动力相互作用特性较为全面和准确的认识。本项研究对于全面认识饱和两相介质-结构体系的动力反应特性具有较为重要的意义，对丰富和发展饱和两相介质非线性近场波动问题的求解方法具有较为重要的学术价值。

本项目针对饱和两相介质与结构的动力相互作用问题开展了较为系统的理论研究与数值计算工作。主要的研究内容和研究成果如下：.1. 饱和两相介质非线性近场波动问题力学分析模型与高效数值计算方法，包括如下三个方面的内容：.（1）横观各向同性饱和两相介质近场波动问题力学模型与时域显式有限元方法。推导得到了横观各向同性饱和两相介质的弹性波动方程组，建立了横观各向同性饱和两相介质弹性近场波动问题的时域显式有限元方法，应用该方法进行了横观各向同性饱和两相介质弹性波动问题的计算研究；建立了基于SMP破坏准则的横观各向同性饱和两相介质弹塑性动力本构模型，基于该模型并采用时域显式有限元方法，进行了横观各向同性饱和两相介质弹塑性波动问题的计算研究。.（2）基于传递矩阵的两相介质波动问题时域显式有限元方法稳定性研究。基于动力反应递推计算格式的传递矩阵的性质，进行了饱和两相介质波动问题时域显式有限元方法稳定性问题的研究。定义了表征方法稳定性的指标—传递因子，研究了时间步长、空间步距（网格划分尺寸）和渗透系数取值对方法稳定性的影响规律。对具有不同递推计算格式的两种时域显式有限元方法的稳定性性质进行了对比研究。.（3）基于精细时程积分技术的饱和两相介质近场波动问题时域计算方法研究。针对u-p形式的饱和两相介质波动方程，建立了基于精细时程积分技术的饱和两相介质近场波动问题的时域求解方法，并对不同的数值积分算法、不同的高斯积分点数目以及不同的流体压力时域计算方法对该方法整体计算精度的影响进行了研究。.2. 基于流固耦合两相介质动力模型的饱和土体-地下结构体系近场波动问题研究，包括如下两个方面的内容：.（1）流固耦合两相介质动力模型的实现。基于ABAQUS软件平台中的用户单元子程序(UEL)，开发了二维和三维流固耦合两相介质动力模型孔压单元，完成了流固耦合两相介质动力模型在ABAQUS中的实现。.（2）基于流固耦合两相介质动力模型的饱和土体-地下结构体系地震反应研究。应用流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体，进行了饱和土体场地中地下结构地震反应的研究。.3. 地下结构抗震实用计算分析方法，建立了地下结构地震反应计算的改进的反应位移法。