[發(fā)明專利]一種軟土小應變硬化模型力學參數(shù)確定方法

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• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112834319A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設計）人: 黃玨皓;陳健;孫紅林;劉府生;侯豐;付曉東;朱紅西;柯文匯;易順;盧淵;韋宗科;田寧;吳佳明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所;中鐵第四勘察設計院集團有限公司;武漢市市政建設集團有限公司
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/08;G01N3/24
• 代理公司: 武漢知伯樂知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42282
• 代理人: 王福新

本發(fā)明公開了一種軟土小應變硬化模型力學參數(shù)確定方法，包括：明確小應變硬化模型力學參數(shù)數(shù)量，并劃分力學參數(shù)種類：依靠室內(nèi)試驗獲取為第一類力學參數(shù)，通過經(jīng)驗式取值獲取為第二類力學參數(shù)，通過室內(nèi)試驗和經(jīng)驗式相結(jié)合的方式獲取為第三類力學參數(shù)；現(xiàn)場鉆孔取樣，開展土體三軸固結(jié)排水剪切試驗、三軸固結(jié)排水加載?卸載?再加載試驗以及標準固結(jié)試驗獲取第一類力學參數(shù)；采用經(jīng)驗公式獲取第二類力學參數(shù)；結(jié)合室內(nèi)試驗和經(jīng)驗公式獲取第三類力學參數(shù)；本發(fā)明用室內(nèi)試驗方法，并結(jié)合經(jīng)驗取值方法，實現(xiàn)了軟土地區(qū)小應變硬化模型力學參數(shù)的合理高效取值，便于工程應用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實施例屬于巖土工程領(lǐng)域，更具體地，涉及一種軟土小應變硬化模型力學參數(shù)確定方法。

背景技術(shù)

土的本構(gòu)關(guān)系應能合理地描述各種應力路徑加載下土的應力-應變關(guān)系。目前，巖土工程領(lǐng)域常用的本構(gòu)模型有：非線性彈性Druncan-Chang模型、彈塑性Mohr-Coulomb模型、DrukerPrager模型及DrukerPrager+Cap模型、修正劍橋模型等。Druncan-Chang模型應用較廣，參數(shù)也可以通過普通的三軸試驗獲得，且可以考慮卸載模型對計算結(jié)果的影響，但未能考慮固結(jié)壓力的作用，不適宜模擬沿海地區(qū)的正常固結(jié)和弱超固結(jié)黏土以及密實度較低的砂土這類變形受體積應變影響較大的土體。Mohr-Coulomb模型與DrukerPrager模型為理想彈塑性模型，參數(shù)簡單且易于獲取，但不能考慮卸載模量與加載(剪切)模量的區(qū)別，且未考慮固結(jié)壓力的作用，也不適宜模擬沿海地區(qū)土層中的基坑開挖問題。DrukerPrager+Cap模型模型雖然考慮了固結(jié)壓力和體積應變的影響，但由于其加載模量和卸載模量相同，不宜用于模擬卸載問題。修正劍橋模型以塑性體積應變?yōu)橛不瘏?shù)，考慮了固結(jié)壓力和體積應變對土體應力應變的影響，但由于其過大的估計了土體的抗剪強度，導致巖土體中被擾動區(qū)在剪切過程中表現(xiàn)出“過強”的現(xiàn)象。

另一方面，在沿海城市基坑工程中，土體的剪應變一般需控制在1.0×10-4-1.0×10-3的量級之間，方可保證基坑開挖對周邊環(huán)境的影響可控。而土體的(剪切)剛度是隨著應變的增加而急劇衰減的，土體在小應變階段的剛度要遠大于較大應變階段的剛度。

綜上所述，當針對軟土地區(qū)地下工程開展數(shù)值模擬研究時，現(xiàn)有本構(gòu)模型并不能恰當且合理的反映軟土力學性質(zhì)。因此，在軟土地區(qū)地下工程數(shù)值模擬中，需要采用更為合理的本構(gòu)模型描述軟土應力應變關(guān)系。小應變硬化模型(HSS)模型較常用本構(gòu)模型而言在描述土體剪切硬化、壓縮硬化、加卸載、小應變等方面的優(yōu)勢，更適合于模擬基坑開挖問題。

確定本構(gòu)模型及其計算參數(shù)是數(shù)值分析中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，小應變硬化模型參數(shù)多達13個，如何正確且方便的選取力學參數(shù)，對數(shù)值分析的正確與否至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明目的在于提供一種實現(xiàn)軟土地區(qū)小應變硬化模型力學參數(shù)合理高效取值的方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及：一種軟土小應變硬化模型力學參數(shù)確定方法，包括如下步驟：

步驟1：明確小應變硬化模型力學參數(shù)數(shù)量，并劃分力學參數(shù)種類：依靠室內(nèi)試驗獲取為第一類力學參數(shù)，通過經(jīng)驗式取值獲取為第二類力學參數(shù)，通過室內(nèi)試驗和經(jīng)驗式相結(jié)合的方式獲取為第三類力學參數(shù)；

步驟2：現(xiàn)場鉆孔取樣，開展土體三軸固結(jié)排水剪切試驗、三軸固結(jié)排水加載-卸載-再加載試驗以及標準固結(jié)試驗獲取第一類力學參數(shù)；

步驟3：采用經(jīng)驗公式獲取第二類力學參數(shù)；

步驟4：結(jié)合室內(nèi)試驗和經(jīng)驗公式獲取第三類力學參數(shù)。

進一步的，所述步驟1包括如下步驟：

1.1.根據(jù)小應變硬化模型的屈服函數(shù)、流動準則和硬化準則，明確小應變硬化模型參數(shù)；