最新Part土工試驗(yàn)室模擬-練習(xí)

1、學(xué)習(xí) 好資料土工試驗(yàn)室模擬（練習(xí)）概述巖土工程中土體參數(shù)來(lái)源于一個(gè)或多個(gè)室內(nèi)試驗(yàn)。 為了得到更好的結(jié)果， 需 要將土層參數(shù)轉(zhuǎn)化為 PLAIXS 中本構(gòu)模型的輸入?yún)?shù)， 并充分考慮各本構(gòu)模型的 特性和局限。 PLAXIS 中大多數(shù)模型可以根據(jù)三軸或側(cè)限等標(biāo)準(zhǔn)土工試驗(yàn)獲得。 但是，根據(jù)模型的復(fù)雜性， 建議用戶不要僅是簡(jiǎn)單地采用試驗(yàn)室獲得的參數(shù)， 而 是應(yīng)該實(shí)際去模擬這些試驗(yàn)， 查看在模型局限范圍內(nèi)， 模擬所得試驗(yàn)是否能表達(dá) 實(shí)際室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果。為此， PLAXIS 中添加了土工試驗(yàn)?zāi)K，在該模塊中無(wú)需 建立有限元模型，即可用簡(jiǎn)捷的方式模擬室內(nèi)試驗(yàn)。該練習(xí)中，將使用土工試驗(yàn)工具模擬砂土和粘土的側(cè)限試

2、驗(yàn)和三軸試驗(yàn)。目錄室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M砂土試驗(yàn)?zāi)M粘土試驗(yàn)?zāi)M附錄A:參數(shù)的確定附錄B: 土工試驗(yàn)工具如何模擬側(cè)限試驗(yàn)如何模擬三軸試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M本練習(xí)中，詳細(xì)介紹了兩種不同材料的側(cè)限試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)， 目的是為了確 定土體硬化模型的參數(shù)，以使PLAXIS中模擬得到的結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)一致。 簡(jiǎn)言 之:1、根據(jù)已有實(shí)際室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果確定土體參數(shù)；2、根據(jù)獲得的參數(shù)在 PLAXIS 中進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M；3、比較 PLAXIS 試驗(yàn)?zāi)M與實(shí)際室內(nèi)試驗(yàn)得到的結(jié)果，最終確定模型的參 數(shù)。例題 1:砂土的室內(nèi)試驗(yàn)參數(shù)確定更多精品文檔學(xué)習(xí)-好資料對(duì)砂土土樣進(jìn)行了側(cè)限和三軸試驗(yàn)。所得結(jié)果如下圖所示。根據(jù)這些曲線確 定HS模型的

3、參數(shù)，并將其填寫(xiě)到表1中。注意，有一些參數(shù)并不能從所得試驗(yàn) 結(jié)果中獲得，此時(shí)需要估計(jì)該參數(shù)。更多精品文檔ITE、弓】<圖2側(cè)限壓縮試驗(yàn)中水平應(yīng)力和豎向應(yīng)力的發(fā)展過(guò)程0-0.01-002-0.034 044）.05-0.M圖3三軸加卸載試驗(yàn)（圍壓 =100kPa）圖4三軸排水試驗(yàn)軸應(yīng)變-體應(yīng)變關(guān)系曲線將數(shù)據(jù)收集到下列表格中：表1砂土土體硬化模型（HS）參數(shù)參數(shù)單位數(shù)值kPakParirjkPa根據(jù)上述參數(shù)，在土工試驗(yàn)室中進(jìn)行三軸試驗(yàn)?zāi)M練習(xí)2:粘土室內(nèi)試驗(yàn)圖5粘土側(cè)限壓縮試驗(yàn)圖6圍壓100kPa和4OOkPa下三軸不排水（CU）試驗(yàn)學(xué)習(xí)-好資料-0.01-0.02-0.03-0.044).

4、05604030O更多精品文檔圖7圍壓100kPa三軸不排水（CU）試驗(yàn)將土工參數(shù)收集于下表2:表2砂土土體硬化模型（HS）參數(shù)參數(shù)單位數(shù)值irTf /kPa叮kPaurkPaPrcjkPa-c1kPaYooIII-冊(cè)1-根據(jù)上述參數(shù)，在土工試驗(yàn)室中進(jìn)行三軸試驗(yàn)?zāi)M附錄A :參數(shù)確定砂土根據(jù)三軸試驗(yàn)確定參數(shù)£5圖8根據(jù)三軸排水試驗(yàn)確定剛度參數(shù)粘聚力和摩擦角圍壓時(shí)，破壞時(shí)最大偏應(yīng)力 ®川1：上忌。莫爾-庫(kù)倫破壞準(zhǔn) 則：-寺何 _ %) + 號(hào)M + 4) simp - c + cosif = 0試樣為砂土，我們假定粘聚力為 0,因此莫爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則退化為:將處和疔&同o

5、kl%代入上式，可得摩擦角=42°。三軸試驗(yàn)參考剛度三軸試驗(yàn)剛度呢：為林一竭破壞荷載50%處對(duì)應(yīng)的割線剛度。如圖8三軸 試驗(yàn)中紅色曲線所示。耳嚴(yán)船“8映刊土體硬化（HS）模型中三軸試驗(yàn)剛度定義式為：陽(yáng)=聊（盎跖耀）：2 g陽(yáng)二聊（-盞廣參考應(yīng)力pref為三軸試驗(yàn)的圍壓100kPa,則E：話=E；薩'昭九 jy 30（X10 kPa參考卸載-重加載剛度與從三軸試驗(yàn)中獲取參考剛度的方法類(lèi)似，如果在三軸試驗(yàn)中，執(zhí)行卸載 - 重加載試驗(yàn)，我們可以確定卸載-重加載剛度。土體硬化（HS）模型沒(méi)有卸載- 重加載對(duì)應(yīng)的滯回行為，還是簡(jiǎn)單具備非線性彈性卸載 -重加載行為。因此，如-重加載剛度。

6、pc? j WO kP«xtir4000 026 0.021=8000() kPa三軸試驗(yàn)結(jié)果中的綠色曲線所示，我們?nèi)「罹€斜率作為卸載同樣假定參考圍壓為100kPa：匚葉 一 Sr不過(guò)對(duì)于卸載-重加載剛度而言，該數(shù)值偏小，因此我們?nèi)：F = 900（X1 kTa剪脹角通過(guò)軸向應(yīng)變-體積應(yīng)變關(guān)系曲線，可以根據(jù)下式確定剪脹角:simb 詳見(jiàn)圖9.盼- 0 018-| 1.00-10.04禮 g £亦(003)-0.06,可以得到剪脹角注意：根據(jù)該圖無(wú)法確定土體硬化模型的泊松比。 這是因?yàn)樵搱D達(dá)標(biāo)主加載 過(guò)程中的側(cè)限試驗(yàn)，而該模型中需要的泊松比為卸載 -重加載泊松比。圖9根據(jù)三

7、軸試驗(yàn)確定剪脹角側(cè)限剛度和剛度應(yīng)力相關(guān)幕指數(shù)從側(cè)限試驗(yàn)中，我們可以確定豎向應(yīng)力叫】閭皿和© 期也|對(duì)應(yīng)的剛度，如圖10所示。注意，為切線剛度。確保使用側(cè)限試驗(yàn)加載部分的3辿“_299U0 kPa結(jié)果?！?；=1'10 kPa卜仏 tl二 £ 49S-0.33%蹤嚴(yán) = “縈初廿例mkP土體硬化模型中，應(yīng)力相關(guān)側(cè)限剛度定義為:需溜需）J = 2E嗣=E卩心二100 kPa，則E形=E書(shū)iao/cpa ft 30000 kPaCMC? * C f ff幕指數(shù)m值可以確定如下:TN 一鑼=（鑑嚴(yán)斗浹=0舟圖10側(cè)限剛度及幕指數(shù)的確定正常固結(jié)K0數(shù)值在側(cè)限壓縮試驗(yàn)中測(cè)量水平應(yīng)

8、力和豎向應(yīng)力，得到如圖11所示曲線，根據(jù)該曲線可獲得正常固結(jié)K0。從加載線上，可以得到10U00IU3此外，我們可以使用Jaki公式Kq fw 1 別= 1曲嶇42°) = 033卸載/重加載剛度如果沒(méi)有卸載-重加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)側(cè)限壓縮試驗(yàn)確定卸載 /重加載剛度。不過(guò)，土體硬化模型卸載/重加載剛度是與圍壓 相關(guān)，而對(duì)于側(cè)限壓縮 試驗(yàn)，剛度與豎向應(yīng)力，即站直接相關(guān)。匕ulr- SOOP立100-0.01%=108000 kPa又 fg LDO kPa （ pref 為 J !），則E於=a 110000 kPa該數(shù)值稍有偏高，因此我們選擇Qqrncg表3砂土土體硬化模型參數(shù)表參

9、數(shù)單位數(shù)值rfkPa30000kPa30000粘土粘聚力和摩擦角rrrjkPa90000kPa100心-0.2c'kPa0£o42Vo16III-0.5-0.33圖12粘土強(qiáng)度參數(shù)的確定黑色虛線為p'-q平面中莫爾-庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則。主應(yīng)力空間中莫爾-庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則定義為：（叮扌肚）輛沖纟一 £閃罟=0“2 ccos = 07 =由于三軸試驗(yàn)中"二阿1 2叭）；與，心叭，上述條件可寫(xiě)為:P1 +因此，p -q平面中莫爾-庫(kù)倫線定義為：if _一 12 亠 g 二根據(jù)莫爾-庫(kù)倫線在縱軸（p=0）上的截距，可得到粘聚力：斡沁 r » = OkPaf

10、$din 甲側(cè)限和卸載-重加載參考剛度根據(jù)側(cè)限試驗(yàn)，可以獲得側(cè)限剛度和卸載 -從加載剛度。根據(jù)對(duì)數(shù)曲線，用戶可以輕松繪制出切線，下圖為砂土側(cè)限試驗(yàn)所得結(jié)果。在主加載和卸載-重加載路徑下，5&（對(duì)-弘為直線關(guān)系，對(duì)應(yīng)關(guān)系式如下:引=“ =A 怙 sf；1loglaiO.J7Q-Q?0口 20)-b申卩 If為確定剛度，我們對(duì)應(yīng)變求導(dǎo)并轉(zhuǎn)化為自然對(duì)數(shù):在土體硬化模型中，有以下關(guān)系式（假定 c=0）:可以求得模量E為:如果選擇pref=100kPa,則朦彳匸呼：阿打=韻= Mpa卸載-重加載剛度可以使用以下方法:3 _ Fj, . '、$""_!沖|T|1 JQ&

11、#39;f叩亦藥亦) kronjJcJTSjJ " 曲:_ >1(1. u),/df _ 7? 而不土體硬化（HS）模型中的依賴于最小主應(yīng)力，即側(cè)限試驗(yàn)中的在卸載過(guò)程中，水平應(yīng)力和豎向應(yīng)力之間并不是按線性關(guān)系發(fā)展，起初卸載應(yīng)力，卸載一定程度后,。因此假定在卸載過(guò)程中土體硬化模型中，定義為:殆J =歲.卩叭=韻=15 MPa三軸試驗(yàn)剛度如果只有三軸不排水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，則只能獲得不排水，而無(wú)法獲得有效因此估算的唯一方法，只能是通過(guò)多次運(yùn)行土工試驗(yàn)程序，輸入不同的參考，直到得到最貼近三軸不排數(shù)試驗(yàn)的結(jié)果。 特別地，對(duì)于正常固結(jié)粘土，有效參考約為有效參考的2-5倍，這里我們可根據(jù)該經(jīng)驗(yàn)關(guān)系

12、給定一個(gè)初始值，取E器俎佔(zhàn)hIJg正常固結(jié)K0數(shù)值如果在側(cè)限試驗(yàn)中測(cè)了水平應(yīng)力，則可以獲得正常固結(jié)的K0數(shù)值。如果沒(méi)有該結(jié)果，我們可以根據(jù)Jaky公式估算K0參數(shù)：KqC « 1 simp = 1 -就“（2割）-0.58表4粘土的土體硬化模型參數(shù)表附錄B: 土工試驗(yàn)?zāi)M簡(jiǎn)介針對(duì)土工試驗(yàn)?zāi)M，PLAXIS提供了土工試驗(yàn)?zāi)M工具。該工具基于單應(yīng)力 點(diǎn)理論，不需要有限元網(wǎng)格，可以快速模擬土體的行為。土工試驗(yàn)工具可以從材 料數(shù)據(jù)庫(kù)中打開(kāi)，也可以在材料數(shù)據(jù)定義中打開(kāi)（見(jiàn)下圖14）。圖14 土工試驗(yàn)工具下文將通過(guò)一系列截圖，一步步講解如何使用土工試驗(yàn)工具模擬側(cè)限和三軸 試驗(yàn)。注意，截圖中的參數(shù)

13、與本練習(xí)中沒(méi)有關(guān)系，只起示意作用。如何模擬側(cè)限試驗(yàn)首先創(chuàng)建材料數(shù)據(jù)組，然后點(diǎn)擊 土工試驗(yàn) 按鈕啟動(dòng)該工具。此時(shí)將彈出 如下圖所示窗口。圖15 土工試驗(yàn)主窗口在主菜單中選擇固結(jié)儀（即側(cè)限壓縮試驗(yàn)）標(biāo)簽，按下圖說(shuō)明設(shè)置參數(shù):圖16固結(jié)儀試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置體積硬化:剪切硬化:相對(duì)動(dòng)抗剪強(qiáng)度加載步驟:-第一步（加載）持續(xù)時(shí)間=?天-第二步（卸載，如需要）持續(xù)時(shí)間=?天應(yīng)力增量=?點(diǎn)擊 < 運(yùn)行進(jìn)行試驗(yàn)計(jì)算完成后，土工試驗(yàn)窗口底部將顯示相應(yīng)的結(jié)果。用戶可以雙擊這些曲線進(jìn)行單獨(dú)查看。此外，在這里可以添加自定義圖表，如圖17所示。|h| PIulj iXotfi 2丈件舷搭黒£j Hffi bI

14、務(wù)匕 出 <-as t" Cf5S J% T攻桔土-Ln"?hut35C0出辭I4CD皿時(shí)I.QCLoaonoc.smM骯入*1力曹l$fr峠壓酮耳才云抽時(shí)ms：卻也I*"，Ik.'Jfll 也，“：i <t»a'dOcmooccimWseeCiOCfl*Rfasocn罕府10aaaiflci-100【.“<?已瀘n' rth如科圖17查看側(cè)限壓縮試驗(yàn)結(jié)杲如何模擬三軸試驗(yàn)右鍵點(diǎn)擊空白區(qū)域選擇添加定義曲線從材料數(shù)據(jù)庫(kù)或材料定義窗口點(diǎn)擊 土工試驗(yàn)按鈕啟動(dòng)土工試驗(yàn)工具。在選擇“三軸”試驗(yàn)主窗口中選擇三軸標(biāo)簽，并按下圖設(shè)

15、置試驗(yàn)類(lèi)型及參數(shù)。選擇三軸試驗(yàn)類(lèi)型：-排水或不排水（CU試驗(yàn)-壓縮或拉伸試驗(yàn)-各向同性或K0固結(jié)試驗(yàn)參數(shù)：-圍壓kPa-最大應(yīng)變值（通常為10%）-加載步數(shù)（默認(rèn)為100）-各向同性預(yù)固結(jié)應(yīng)力kPa-相對(duì)動(dòng)剪切強(qiáng)度%點(diǎn)擊V運(yùn)行啟動(dòng)試驗(yàn)圖18定義三軸試驗(yàn)三軸試驗(yàn)運(yùn)行完成后，結(jié)果將顯示在土工試驗(yàn)窗口的底部， 與側(cè)限壓縮試驗(yàn)一樣，通過(guò)雙擊某個(gè)圖像即可打開(kāi)獨(dú)立的窗口放大顯示該圖像，此外，也可以通過(guò)右鍵點(diǎn)擊的方式添加用戶自定義圖表。三軸卸載/重加載試驗(yàn)?zāi)M三軸試驗(yàn)?zāi)M中不允許直接進(jìn)行卸載-重加載路徑的試驗(yàn)。但該試驗(yàn)可以通 過(guò)“一般”試驗(yàn)選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在“一般”標(biāo)簽頁(yè)下可以定義各種邊界應(yīng)力或應(yīng)變。 下文將說(shuō)

16、明如何模擬三軸卸載/重加載試驗(yàn)。打開(kāi)土工試驗(yàn)窗口，點(diǎn)擊“一般”標(biāo)簽頁(yè)。在該標(biāo)簽頁(yè)下可以定義一系列計(jì) 算階段，在每個(gè)階段中都可以施加需要的應(yīng)力或應(yīng)變?cè)隽?。初始階段首先，我們確定試驗(yàn)過(guò)程中在邊界上施加應(yīng)力還是應(yīng)變。該練習(xí)中將施加應(yīng)力邊界條件?，F(xiàn)在需要指定土樣的初始應(yīng)力，三軸試驗(yàn)初始應(yīng)力為土樣上的圍壓， 因此需要輸入 %、7及仃，-。圍壓通過(guò)水壓施加，因此土樣上沒(méi)有剪應(yīng)力：丁殉()0詳見(jiàn)下圖所示血三軸日翳枚H CRSDSS選擇“一般”試驗(yàn)初始應(yīng)力-施加初始正應(yīng)力初始應(yīng)力迪畀猱件.X%CkJlAr2%II材加理力1曾暈艸OkHM應(yīng)力増呈盤(pán)V1- Ml持姣時(shí)間：1 day0w母：no0II0%4添皿他-將邊界條件設(shè)置為應(yīng)力增量，表明將進(jìn)行應(yīng)力控制式試驗(yàn)階段1-加載-在y方向施加應(yīng)力增量