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Finite element force method for joint and material nonlinearity problems
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DOI：10.1016/j.compgeo.2026.108674.png)
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摘要
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对于边坡和隧道等岩土结构，其变形和强度同时具有节理非线性和材料非线性特征。其中，节理指遵循库仑摩擦定律的各种地质和人工界面。节理非线性和材料非线性的性质差异显著：前者属于状态非线性，后者属于过程非线性。在编程中直接耦合这两种非线性极易导致迭代纠缠，从而阻碍迭代收敛。本研究将节理接触应力作为基本未知量，采用变分不等式描述节理和弹塑性材料的行为，并通过过程迭代法统一进行迭代计算。该方法避免了引入任何人工参数，包括节理的法向和切向刚度系数（Kn/Ks）。两种非线性收敛的收敛性在理论上得到保证，从而彻底解决了状态非线性与过程非线性之间的迭代纠缠问题。尽管所提解法在力法框架下实现，但其中涉及的矩阵大多与传统位移法相同，便于其直接移植到基于位移法的程序中。对高度复杂问题的分析表明，本文提出的方法的数值性能远优于包括成熟软件在内的流行方法。
Keyword:
Joints
Elastoplasticity
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Force method
Variational inequality
