[發(fā)明專利]一種架空輸電線路濕陷性黃土地基應(yīng)力應(yīng)變模擬方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711036001.1
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107860655A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡鑫;錢建固;劉湘蒞;郭新菊;奚妍;汪秋雨;顧曉強;郭正位;楊敏
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院;同濟大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 鄭州知己知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司41132
• 代理人: 季發(fā)軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及濕陷性黃土地基應(yīng)力應(yīng)變模擬技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種架空輸電線路濕陷性黃土地基應(yīng)力應(yīng)變模擬方法。

背景技術(shù)

天然狀態(tài)下的黃土強度較高，壓縮性小，但在一定壓力情況下遇水浸濕后，其結(jié)構(gòu)會迅速破壞，這給黃土區(qū)域的輸電線路桿塔基礎(chǔ)帶來嚴(yán)重安全隱患。以往在分析土的力學(xué)變化特性時，常以濕度、密度及粒度的變化去分析而忽略了土的結(jié)構(gòu)性這一重要影響因素。在此情況下，很有必要研究結(jié)構(gòu)性對輸電線路工程中黃土地基的工程物理力學(xué)特性的影響規(guī)律。

對結(jié)構(gòu)性土的本構(gòu)模型研究多建立在修正劍橋模型上，考慮土的各向異性和結(jié)構(gòu)性?，F(xiàn)有的大多數(shù)本構(gòu)模型都是以重塑擾動黃土作為研究對象建立本構(gòu)模型，并沒有反映結(jié)構(gòu)變形特性這一天然原狀黃土特有的性質(zhì)，這樣建立的本構(gòu)模型參數(shù)少，對峰值強度及結(jié)構(gòu)損傷造成的土體強度衰減模擬效果不佳，因此在實際工程中應(yīng)用顯然是不合理的。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明針對飽和黃土固結(jié)階段和剪切階段結(jié)構(gòu)受損的問題，提供了一種基于室內(nèi)壓縮試驗和常規(guī)三軸試驗結(jié)果構(gòu)建結(jié)構(gòu)性土本構(gòu)模型的方法，通過運動硬化結(jié)構(gòu)模型引入一個可移動結(jié)構(gòu)面中心位置的硬化屈服面。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種架空輸電線路濕陷性黃土地基應(yīng)力應(yīng)變模擬方法，包括以下步驟：

(1)根據(jù)黃土重塑土試樣一維壓縮試驗和等壓固結(jié)不排水試驗結(jié)果，測量并記錄試驗平均應(yīng)力或軸向應(yīng)力，繪制一維壓縮試驗的e-lgp曲線和三軸試驗的土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線和lnv-lnp曲線；

(2)分別確定土體的前期固結(jié)應(yīng)力和本構(gòu)模型邊界面方程中涉及到的材料常數(shù)，利用修正劍橋模型得出重塑土的邊界面方程；

(3)采用相關(guān)聯(lián)流動法則，結(jié)合等向硬化和運動硬化法則來控制屈服面大小和中心位置的變化，并通過當(dāng)前應(yīng)力點與像應(yīng)力點距離的插值計算求解塑性模量，確定本構(gòu)模型；

(4)選取土體的參數(shù)與狀態(tài)變量初始值使模擬的結(jié)果與原狀土等壓不排水固結(jié)三軸不排水剪切試驗的結(jié)果相符合。

進一步地，還包括步驟(5)，該套參數(shù)預(yù)測不同應(yīng)力路徑下的常規(guī)三軸試驗，以驗證運動硬化結(jié)構(gòu)模型對模擬天然結(jié)構(gòu)性土的適用性和數(shù)值實現(xiàn)的準(zhǔn)確性。

所述步驟(1)和步驟(2)中，對同一埋深取土的原狀黃土試樣展開系列常規(guī)三軸試驗和室內(nèi)試驗，記錄土體參數(shù)：含水率ω、液限I_L、塑限I_P、泊松比ν、靜止土壓力系數(shù)K₀、前期固結(jié)應(yīng)力、土體內(nèi)摩擦角體積應(yīng)變-平均應(yīng)力對數(shù)值曲線中壓縮曲線的斜率λ^*、體積應(yīng)變-平均應(yīng)力對數(shù)值曲線中回彈曲線的斜率K^*、壓縮應(yīng)力狀態(tài)下的臨界狀態(tài)線斜率M_c、拉伸應(yīng)力狀態(tài)下的臨界狀態(tài)線斜率M_e、土體結(jié)構(gòu)各向異性參數(shù)η₀。

所述步驟(2)中，為了簡便，忽略土體初始各向異性，即η₀＝0，因而表征重塑土力學(xué)行為的參考面方程在偏應(yīng)力空間過坐標(biāo)原點，其方程如下：

式中，p和s分別為平均應(yīng)力與偏應(yīng)力；M_θ為表示參考面大小的標(biāo)量，p_c為控制該面在偏應(yīng)力空間中形狀的一個標(biāo)量。

所述步驟(2)中，采用《Aspects offinite elementimplementation ofcritical state models》(SHENG D,SLOAN S W,Yu H S.Aspects of finite elementimplementation of critical state models[J].Computationalmechanics,2000,26(2):185-196.)建議的形式：

式中，M_c為壓縮應(yīng)力狀態(tài)下的臨界狀態(tài)線斜率；m表示拉伸應(yīng)力狀態(tài)下臨界狀態(tài)線斜率M_e與M_c之比；θ為Lode角

所述步驟(3)中，等向硬化部分與劍橋模型一致，采用體積硬化，表示屈服面大小的p_c受塑性體積應(yīng)變控制：

式中體積應(yīng)變-平均應(yīng)力對數(shù)值曲線中壓縮直線對應(yīng)斜率λ^*和膨脹直線對應(yīng)斜率κ^*，p_c為控制該面在偏應(yīng)力空間中形狀的一個標(biāo)量。

所述步驟(3)中，運動硬化方程通過幾何條件和一致性條件求得：