1 隧道開挖問題

工程結構總是按照一定的操作順序施工的,控制條件不一定是施工結束時,而往往在施工過程中。巖土工程分析要動態地模擬施工過程中結構形體的變化、材料的演變、約束與外載條件的改變等。這是與材料非線性、幾何非線性或邊界非線性而不同的一種非線性,只能用計算過程的模擬才能體現出來,也就是說巖土工程分析應當是一種動態的過程分析,只有進行過程分析,其結果才是合理的。

2 非飽和膨脹土的開挖問題

地球表面很大一部分處于干旱或半干旱地帶,因此,工程中遇到的土大多數處于非飽和狀態,濕陷性黃土、膨脹土、熱帶殘積土和人工填土等都是典型的非飽和土。非飽和土是固-液-汽三相復合介質,其工程性質十分復雜,是20世紀90年代以來國際學術界關注的熱點之一。在一系列的工程問題中,涉及到有效應力、變形、水運動、堤壩滲流變形、油氣開采、煤層內瓦斯滲流、地基的蒸發固結和降雨入滲的滑坡等問題,這些問題一般都必須考慮水、氣兩相流體流動和固相變形之間的相互作用。因而,研究非飽和土的流-固耦合問題具有重大理論和實際意義。

3 施工過程對環境的影響

國貿地鐵車站工程具有開挖跨度大、臨時支護和工法轉換頻繁、時空效應顯著、地質條件復雜、邊界環境條件限制嚴格、施工難度和風險極大等特點。國貿站建設中的工程問題具有材料非線性、幾何非線性、邊界非線性、時空效應等特點。因此,給問題的求解帶來了極大的困難,而這些問題的解決在理論上屬于學科前沿,反映學科交叉,因此,針對國貿站展開相應的研究,具有重要的現實意義和學術價值。鑒于Abaqus軟件對地下工程問題的良好適應性,因此,在研究過程中主要應用Abaqus軟件來進行相關的研究工作。

4 邊坡穩定的剪切帶計算

應變局部化現象在巖土工程中大量存在,最為典型的就是土體失穩時形成的剪切帶。剪切帶形成的研究對于評價土工結構物的安全性和穩定性等問題具有重要意義。剪切帶現象的本質是材料的不穩定性,材料不穩定研究中的一個十分重要的問題是多尺度和標度律的問題。在材料發生不穩定性時,不同的物理過程,不同的微-細觀結構,在某個時間尺度內,將以其特有的動力學行為,在某個特征尺度上表現自己,它對計算力學構成了嚴重的挑戰。

5 降雨入滲條件下非飽和土邊坡分析

降雨入滲是一種典型的非飽和流固耦合現象,需要研究雨水入滲的瞬態滲流場、土坡變形以及各種邊界條件的影響。分析非飽和流固耦合過程要考慮多因素控制方程,并求出各種邊值問題的解。探討滲流-變形耦合場來研究降雨入滲滑坡,是目前環境地質災害和巖土工程需要展開的工作。

6 節理材料的邊坡穩定性分析

巖石是一種非常復雜的材料。其材料屬性不光表現高度非線性,而且由于節理的存在表現各向異性。Abaqus在巖石方法不光提供了巖石的塑性屬性,而且提供了其節理屬性。