多种土体三轴试验的三种非线性本构模型模拟

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多种土体三轴试验的三种非线性本构模型模拟

近年来,随着经济的发展,科研水平的进步,无论从高度还是从外部形状来说,都对建筑物都提出了要求。这也间接地对地基土的研究起到推动作用。

自上世纪60年代,土的本构模型就已经提出。但时至今日,我们对地基土的认识仍充满许多未知之处,尤其是土的本构模型。

想要找到一个本构模型来解释一切的工程状态,目前来说是一个十分艰巨的任务。本文是在前人的基础上对邓肯-张模型——一种土的本构模型——的继续研究分析。

虽然邓肯-张模型是一种非线性弹性模型,但是它仍具有许多优点,比如模型参数易于确定,模拟土在破坏前的应力应变曲线效果不错等。本文涉及三种邓肯-张模型及其改进模型,分别用三种模型对不同的土的三轴压缩试验进行了模拟分析,在此过程中所做的主要工作和相关研究总结如下:①整理收集了不同地域的三种土的相关三轴试验资料。

在进行模拟之前,通过网络和书籍收集了北京的细砂土,华北平原的一种粉土和重庆的红粘土的资料信息。收集了包括它们的土的一些基本特性,土的三轴试验的详细过程,三轴试验的应力应变的数据结果。

这三种来自不同的地域,具有代表性。它们三者的三轴试验结果已经发表于期刊,而且受到了诸多学者的引用。

②系统阐述了三种本构模型的基本理论及相关公式。文中给出了邓肯-张模型理论的提出过程,它的研究现状及未来的发展方向。

并且详细列出三种邓肯-张基本模型的相关公式,即E-ν模型,E-GFD模型和E-B模型,并对公式中每个量做出具体的解释说明。③本文对三轴试验作了详细


的说明,包括三轴试验的目的、过程和方法。

土的三轴压缩试验加载方法一般分为控制应力加载和控制应变加载两种。在众多的三轴压缩试验中,大部分是选择控制应变加载的方式。

然后,在此基础上根据邓肯-张的相关公式推导出与应力相关联的参数变量以及与应变(包括正应变和体应变)相关联的参数变量。根据所推结果,预测土的三轴压缩试验中应力应变将会呈现出的变化趋势。

④本文模拟所用的程序为Fortran语言编制,在CALBR8程序基础上做出了修改,将三种邓肯-张模型嵌入其中。文中对该程序作了详细的说明,介绍了如何程序用邓肯-张模型来模拟实验室中土的三轴压缩试验。

⑤根据所收集到的三种土的三轴试验资料,对三种土的每一种分别用三种邓肯-张模型,即E-ν模型,E-GFD模型和E-B模型,进行试算模拟。通过试算拟合的方法,得出了三种模型对应的参数值。

通过模拟计算结果的对比分析,得出三种模型各自具有的异同点及优缺点,证明了所改编程序的正确性。相关研究成果具有一定的理论研究意义,对于三种本构模型在工程中的应用具有参考价值。

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