本構(gòu)關(guān)系與試驗

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1、主要內(nèi)容加筋土的本構(gòu)關(guān)系的研究加筋土的應(yīng)力應(yīng)變的試驗研究第一部分第二部分1.本構(gòu)關(guān)系的研究模型要求：在對加筋土結(jié)構(gòu)的分析中,最重要的就是能夠盡可能地模擬加筋土這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的多種性能,這就要求計算模型的選用要符合實際,并盡可能多地反映材料的本質(zhì)特性。處理方法：目前對加筋土的計算分析方法主要分為兩類：1.本構(gòu)關(guān)系的研究第一種是分離式分析方法。將土與筋材分開考慮,分別劃分單元,用界面單元模擬筋—土之間的相互作用。在建立模型時,要考慮土體,筋材,筋—土之間界面3種本構(gòu)關(guān)系。1.本構(gòu)關(guān)系的研究土體筋材加筋土土體的本構(gòu)模型筋材模型接觸面本構(gòu)模型1.本構(gòu)關(guān)系的研究土的模型主要有非線性模型、彈塑性模型、粘彈塑

2、性和結(jié)構(gòu)性模型四類。其中常用的模型有：非線性模型、彈塑性模型。非線性彈性模型：Duncan-Chang模型,假定土體非線性且服從簡單的雙曲線應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。此模型包含8個模型參數(shù),每個常數(shù)都有一定的物理和幾何意義,而且可以通過三軸試驗得出。Duncan-Chang模型適用于正常固結(jié)及弱超固結(jié)粘性土,也適用于砂土。缺點：不能反映剪脹性;只考慮硬化,不能反映軟化;不能反映土體的各向異性。1.本構(gòu)關(guān)系的研究彈塑性模型：有兩種塑性理論能用來分析土的應(yīng)力應(yīng)變過程，建立土的本構(gòu)方程。這兩種塑性理論，一種是塑性形變理論，一種是塑性增量理論。土的本構(gòu)模型主要是建立在塑性增量理論基礎(chǔ)上的。根據(jù)彈塑性模型的形成，

3、可分為兩大類：一類是從試驗資料中直接確定屈服函數(shù)、加工硬化定律等經(jīng)驗公式，如Drucker-Prager模型。另一類從能量公式出發(fā)，推出其屈服函數(shù)，并選取加工硬化定律，從而建立應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，如劍橋模型。1.本構(gòu)關(guān)系的研究彈塑性模型：(1)Drucker-Prager模型,考慮了中主應(yīng)力對屈服與破壞的影響，屈服曲面光滑沒有棱角，有利于塑性應(yīng)變增量方向的確定和數(shù)值計算。特別適用于土體材料本構(gòu)模型的使用。缺點：沒有考慮單純的靜水壓力可以引起巖土類材料屈服的特點，同時沒有考慮屈服與破壞的非線性特性；沒有考慮土類材料在偏平面上拉壓強度不同的特性。1.本構(gòu)關(guān)系的研究(2)劍橋模型是一種“帽子”型模型,在

4、許多情況下能較好地反映土的變形特性。它能反映減縮,并且由于其考慮了體積塑性應(yīng)變,模型形式簡單,計算參數(shù)少,因而得到較為廣泛地應(yīng)用。缺點：不能反映剪脹。返回1.本構(gòu)關(guān)系的研究筋—土接觸面研究土與筋材界面上常有較大的剪應(yīng)力，這是兩種材料變形不一致引起的。加筋土結(jié)構(gòu)中，加筋材料的受力，則完全是這種剪力傳遞在發(fā)揮作用。接觸面變形的研究，主要包含兩個方面:一是接觸面上的本構(gòu)關(guān)系，尤其是剪應(yīng)力和剪切變形之間的關(guān)系;另外一個是接觸面單元，它是有限元計算中用以模擬接觸面變形的一種特殊單元。1.本構(gòu)關(guān)系的研究筋—土接觸面應(yīng)力變形關(guān)系的本構(gòu)模型,大多是線性的或者非線性的彈性模型。這些模型以極限剪切應(yīng)變?yōu)闇?zhǔn)則,如:

5、Mohr-Coulomb準(zhǔn)則,來定義界面滑動變形。接觸面法向變形通常用經(jīng)驗定義為連結(jié)和非連結(jié)狀態(tài)。材料接觸面應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，普遍采用的是Clough和Duncan等人所提出的剪應(yīng)力τ與相對錯動位移ws之間關(guān)系的雙曲線模型。缺點：沒有考慮法向和切向變形的耦合問題。模型本身無法得到張裂約束。1.本構(gòu)關(guān)系的研究近些年來,國內(nèi)外的許多研究人員提出了各種模擬土與材料接觸面應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的本構(gòu)模型。Brandt簡化的τ—ws模型Boulon等人提出的接觸面變形的彈塑性模型陳慧遠(yuǎn)的彈塑性模型錢家歡的粘彈性模型這些模型都有一個共同的特點,就是切向變形都是依據(jù)直剪試驗的τ—ws關(guān)系曲線。1.本構(gòu)關(guān)系的研究從土的

6、微觀結(jié)構(gòu)考慮,建立其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是對土結(jié)構(gòu)研究的新方向。目前,國際上比較有影響的微觀結(jié)構(gòu)模型主要有兩類:由Batdorf和Budianski創(chuàng)立的經(jīng)典塑性滑動理論發(fā)展形成的重疊片和微滑面模型;Cun-dall和Strack建立的顆粒模擬模型;基于擾動狀態(tài)概念提出的，土體微結(jié)構(gòu)復(fù)合體模型;可以將其用于筋—土接觸面的模擬。1.本構(gòu)關(guān)系的研究接觸面單元目前廣泛采用的接觸面單元是無厚度的Goodman單元或者有厚度的Desai單元。Goodman單元能模擬接觸面的滑裂與張裂。但對于受壓的情況,單元兩側(cè)材料會產(chǎn)生重疊。為了避免重疊,法向勁度要取很大,但這又會帶來一定誤差。Desai等人提出的薄層四邊形

7、單元可以較好地反映法向變形和切向變形以及應(yīng)力的傳遞,但是沒有從理論上闡明為什么取剪切模量,彈性模量和泊松比未3個獨立參數(shù)。返回1.本構(gòu)關(guān)系的研究一般將加筋體用一維線性單元或薄層矩形單元進(jìn)行模擬;也有學(xué)者(閆澍旺,1997)用梁單元模擬土工格柵?？偨Y(jié)分離式分析方法應(yīng)用較廣泛,但對某些加筋結(jié)構(gòu)物,例如土釘墻,格柵加筋的結(jié)構(gòu)等不適用,并且筋土之間界面單元的參數(shù)的確定也較困難。另外,這種方法一般只考慮了筋