[1]杭州软粘土修正剑桥模型参数的分析.pdf

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1、·２３４·土工测试新技术———第２５届全国土工测试学术研讨会论文集杭州软粘土修正剑桥模型参数的分析张庆山胡敏云王志萍计国贤（浙江工业大学建工学院，浙江杭州３１００１４）摘要：修正剑桥模型被认为是能较好反映软土的应力应变关系的模型。采取杭州地区典型的原状软粘土土样，通过三轴固结排水试验和等向压缩试验，获取修正剑桥模型的参数，可为杭州地区应用修正剑桥模型分析地基工程和数值模拟提供参考。关键词：软粘土；固结排水试验；等向压缩试验；修正剑桥模型1引言软粘土的本构模型有很多，但由于软粘土本身的复杂性如不均匀性、

2、各向异性、非理想弹塑性体等特点，并且受到成因、成分、组成结构及应力历史的影响．各种模型的适用性很难判断，目前常用于数值模拟的模型有邓肯张模型、摩尔库仑模型、修正剑桥模型等。修正剑桥模型通常被认为能够较好地反映土体的弹塑性变形特性，特别是考虑了塑性体积变形特征，可适用于正常固结土或弱超固结土，以及强超固结土等粘性土。［１］王清等分析了修正剑桥模型的应力应变关系，并以该模型为基础，用有限元程序模拟工程实例，模拟计算了不同开挖阶段的地表沉降、基坑隆起和水平位移。根据计算结果和实际情况的比较，说明了在软粘土中

3、应用该模型是适合的。［２］陈建峰、孙红等将修正剑桥模型与Biot固结理论耦合结合构成渗流耦合模型。以上海地区软土为研究对象，回归得到了修正剑桥模型的压缩指数、回弹指数和应力比M与塑性指数λIp之к间的相关关系。应用遗传算法的反分析程序，对某一实际工程进行参数的反分析及位移预测，结果显示与实测位移值比较吻合，反分析效率较高。说明在软粘土中应用修正剑桥模型是比较合理的。综上所述，采用修正剑桥模型来分析软粘土的应力应变关系，是比较好的模型。尽管有些学者对模型存在的问题做出了分析，并对模型作了扩展，但修正剑桥

4、模型仍然被公认为是比较好的模型。以往试验基于重塑土，尽管能反映原状土的物理特征，但力学特征及土颗粒之间的联结状态有所变化，获得的参数存在一定的偏差。软土是杭州地区主要的地基土层，本文采用现场取样的原状软粘土，保持了土颗粒之间的联结，通过室内三轴试验研究软粘土的应力应变关系，分析修正剑桥模型参数，以为杭州地区的地下工程实践和数值模拟提供参考。2修正剑桥模型１９５８年，Roscoe首先提出物态边界面与临界状态线的概念，随后Roscoe等采用广义Mises破坏准则、帽子屈服面、相关联的流动法则和等向硬化规律

5、，以塑性体应变pv为硬化参数，在正常固结和弱超固结土的常规三轴试验结果的基础上，根据能量原理建立了原始的剑桥模型。Burland［５］采用不同的能量方程形式，得到了修正剑桥模型，并将应用范围推广到强超固结土和其他土类。该模型由于基于大量试验，概念明确，发展较完善，模型参数较少且易于测定，适用于软粘土工程等较为理想的模型，近年来受到国内软粘土工程领域的广泛关注。室内土工试验·２３５·2．1状态边界面和临界状态线常规三轴排水和不排水试验的应力路径随围压变化的轨迹所构成的p－q－′e三维空间曲面［５］称为状

6、态边界面，也称Roscoe面。该面的主要性质是在p－q－e′间中e与p，q之间′存在有唯一的关系，且不随应力路径而发生变化。Roscoe等人通过常规三轴试验的破坏状态发现，破坏点在p－q－e空′间中是唯一对应的关系曲线，这条曲线称为临界状态线（CSL）。该曲线在p－q平面上′的投影是通过原点的直线，故临界状态线又称为破坏线，可以写成q＝Mp′（１）公式中：M为临界状态线的斜率，p为平均有效应力′，q为偏应力。临界状态线具有以下重要性质：（１）临界状态线的存在说明剪切破坏时，p、q、e间存在唯一对′应关

7、系，即破坏时的强度取决于破坏时的p和e，与应力历史和应′力路径无关。（２）当材料处于临界状态时，只发生剪切变形，不产生体积变化。这说明材料已经处于塑性流动状态。这个不变的孔隙比就称为临界孔隙比。对正常固结土进行排水剪切试验，试样在剪切过程中将发生剪缩，孔隙比剪小，最后减小到一定程度后就不再减小；而对超固结土，将发生剪胀，即孔隙比增大；增大到一定程度就不再增大，最后二者达到一个孔隙比值，即临界孔隙比。（３）临界状态线是应变硬化和应变软化的分界线。2．2修正剑桥模型修正剑桥模型采用相关联流动法则pdfdv

8、＝dελdp′（２）pdfd＝dελdqpp公式中：v为塑性体应变，为塑性平均应变，εf为模型屈服函数ε。能量方程为pp２２p２dW＝pdv＋Md′εε（３）p公式中：W为塑性变形能。在p－q平面上的屈服轨迹方程为：′２２２p０qp０′′p－＋＝′（４）２M２公式中：p０为开始回弹时对应的围压。这在p－q平面′上是一个椭圆，其顶点在q＝Mp′线′上，以pp０v为硬化参数，其增量的应力应变关系为′ε１２ddpηη′dv＝－２２＋ελκλ１＋eM＋pη′（５