地基與結(jié)構(gòu)的非線性特征

地基與結(jié)結(jié)構(gòu)的非非線性特特征和共共同作用用11地基基與結(jié)構(gòu)構(gòu)的非線線性特征征和共同同作用土的應(yīng)力力—應(yīng)變變關(guān)系土的變形形特征和和本構(gòu)模模型鋼筋混凝凝土的材材料變形形性質(zhì)的的非線性性特征地基土與與基礎(chǔ)結(jié)結(jié)構(gòu)的非非線性共共同作用用和反演演分析理理論11.1概概述應(yīng)力—應(yīng)應(yīng)變關(guān)系系：亦稱本構(gòu)構(gòu)關(guān)系，，是在整整理分析析試驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)的基基礎(chǔ)上提提出來的的。在試驗(yàn)基基礎(chǔ)上提提出某種種數(shù)學(xué)模模型，把把特定條條件下的的試驗(yàn)結(jié)結(jié)果推廣廣到一般般情況，，這種數(shù)數(shù)學(xué)模型型就叫做做本構(gòu)模型型。彈性變形形、塑性性變形一般情況況下巖土土類介質(zhì)質(zhì)在應(yīng)力力超過一一定限度度（彈性性極限或或稱屈服服應(yīng)力））后，其其變形在在卸載后后有一部部分變形形可恢復(fù)復(fù)，另一一部分變變形是不不可恢復(fù)復(fù)的，前前者稱可逆變形形或彈性變變形，后后者一般般稱為不可逆變變形或是塑性性變形。。傳統(tǒng)的彈彈性理論論是基于金金屬材料料的變形形機(jī)制發(fā)發(fā)展起來來的。。巖土的變變形性態(tài)態(tài)不完全等等同于金金屬材料料，土有有別于金金屬和混混凝土等等連續(xù)的的統(tǒng)一體體固體材材料，需需要研究究巖土彈彈塑性狀狀態(tài)下特特有的屬屬性。應(yīng)力與應(yīng)應(yīng)變應(yīng)力球張張量和應(yīng)應(yīng)力偏張張量I1J1J2共同作用用分析結(jié)構(gòu)物的的重量由由土的支支承力和和地下水水的浮力力來平衡衡，即通通常所說說的靜力力平衡。。上部結(jié)構(gòu)構(gòu)與其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)和支承介介質(zhì)地基土組成靜力平衡衡體系，這三部部分是彼彼此不可可分離的的整體，，每一部部分的工工作性狀狀都是三三者共同同作用的的結(jié)果。。11.3土土的的本構(gòu)構(gòu)模型型11.3.1土土的的變形形特性性三軸壓壓縮試試驗(yàn)：：真三三軸，，常規(guī)規(guī)三軸軸1）非非線性性和彈彈塑性性土體應(yīng)應(yīng)力-應(yīng)變變關(guān)系系(a)硬硬化型型(b)軟軟化型型土體具具有的的剪縮縮和剪剪脹特特征統(tǒng)統(tǒng)稱剪脹性性。對于軟軟土和和松砂砂，剪剪應(yīng)力力引起起土體體壓縮縮，稱稱為剪縮；對于于密實(shí)實(shí)粘土土和緊緊砂，，剪應(yīng)應(yīng)力引引起土土體膨膨脹，，稱為為剪脹。砂土的的剪脹脹性正常固固結(jié)粘粘土與與松砂砂應(yīng)力力－應(yīng)應(yīng)變雙雙曲線線超固結(jié)結(jié)粘土土或密密實(shí)砂砂2）應(yīng)應(yīng)力路路徑和和應(yīng)力力歷史史的影影響應(yīng)力路路徑是是指應(yīng)應(yīng)力空空間中中代表表應(yīng)力力狀態(tài)態(tài)點(diǎn)在在加載載時(shí)移移動(dòng)的的軌跡跡。不不同的的應(yīng)力路路徑代代表不不同的的加荷荷方式式。應(yīng)力歷歷史即即指歷歷史上上的應(yīng)應(yīng)力路路徑，，也影影響著著土體體今后后的變變形。。3）中中主應(yīng)應(yīng)力的的影響響中主應(yīng)應(yīng)力σσ2對土體體變形形有影影響。。4）固固結(jié)壓壓力的的影響響在土體體的三三軸試試驗(yàn)中中，大大幅度度地改改變固固結(jié)壓壓力σσ3將發(fā)現(xiàn)現(xiàn)其（（σ1-σ3）~εεa和εa~εv曲線的的特征征有所所不同同。統(tǒng)統(tǒng)表表現(xiàn)出出剪縮縮和硬硬化現(xiàn)現(xiàn)象。三軸壓壓縮試試驗(yàn)：：常規(guī)規(guī)三軸軸5）各各向異異性地基土土的各向異異性分分原生生和再再生兩兩種。原生各各向異異性是是由于于地基基土水水平向向成層層，水水平和和豎向向土的的結(jié)構(gòu)構(gòu)有差差異，，導(dǎo)致致土體體應(yīng)力力-應(yīng)應(yīng)變關(guān)關(guān)系和和滲透透性的的各向向異性性。再生各各向異異性是是土體體各向向應(yīng)力力狀態(tài)態(tài)不同同引起起的新新的各各向異異性。。6）流流變性性具有彈性、、塑性性和粘粘滯性性的粘彈彈塑性性體。。土體的的應(yīng)變變和強(qiáng)強(qiáng)度除除與有有效應(yīng)應(yīng)力有有關(guān)外外，還還受到到時(shí)間的影響響，這這種特特征稱稱為土的流流變性性質(zhì)。。本講本講要要點(diǎn)了解共共同作作用分分析；；理解土土的變變形特特性11.3.2彈彈性性非線線性模模型1.Duncan-chang模模型；；Duncan等等人利利用常常規(guī)三三軸壓壓縮試試驗(yàn)所所得的的一組組試驗(yàn)驗(yàn)曲線線，找找出其其共同同數(shù)學(xué)學(xué)公式式，從從這一一數(shù)學(xué)學(xué)公式式導(dǎo)出出切線線彈性性模量量Et的變化化公式式：第一類類是以以彈性性模量量和泊泊松比比兩個(gè)個(gè)常數(shù)數(shù)表達(dá)達(dá)，稱稱作非非線性性彈性性模型型；第二類類稱作作非非線性性模型型國內(nèi)外外廣泛泛采用用，既既適用用于粘粘性土土，也也適用用于砂砂土，，但不不適應(yīng)應(yīng)于密密砂，，超固固結(jié)土土。主要優(yōu)點(diǎn)：：可以利利用常常規(guī)三三軸剪剪切實(shí)實(shí)驗(yàn)所所確定定的計(jì)計(jì)算參參數(shù)。。局限性性：非線性性彈性性模型型一般般只適適用于于荷載載不太太大的的條件件，不不太接接近破破壞的的條件件。此模型型應(yīng)用用單一一剪切切試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果果進(jìn)行行全部部應(yīng)力力應(yīng)變變分析析，均均根據(jù)據(jù)圍壓壓為常常量的的試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果果推算算，因因此它它適應(yīng)應(yīng)于土土體的的穩(wěn)定定分析析為主主的工工程。。Duncan-chang模模型沒沒有考考慮剪脹性性和應(yīng)應(yīng)力路路徑問問題11.3.3彈彈塑塑性模模型彈塑性性模型型把總應(yīng)變變分為為彈性性應(yīng)變變和塑塑性應(yīng)應(yīng)變兩兩部分分。LADE-DANCAN模型型，清清華大大學(xué)的的模型型。從能量量公式式出發(fā)發(fā)，推推導(dǎo)其其屈服服函數(shù)數(shù)，并并選出出加工工硬化化定律律，從從而建建立應(yīng)應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變關(guān)關(guān)系，，如著著名劍橋模模型。。11.4鋼鋼筋混混凝土土材料料變形形性質(zhì)質(zhì)的非非線性性特征征鋼筋混混凝土土梁M~n試驗(yàn)驗(yàn)曲線線①在混混凝土土出現(xiàn)現(xiàn)裂縫縫之前前，即即圖中中OA段：：②混凝凝土出出現(xiàn)裂裂縫后后，鋼鋼筋進(jìn)進(jìn)入流流動(dòng)狀狀態(tài)之之前，，即圖圖中AB段段③長期期剛度度B為為式中Mq和MK為按荷荷載效效應(yīng)的的準(zhǔn)永永久組組合、、標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)組合合計(jì)算算的彎彎矩，，按《混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范范》（（GBJ50010-2002））中第第8.2.5條條采用用。11.5地地基基土與與基礎(chǔ)礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)的非非線性性共同同作用用對地基基土和和基礎(chǔ)礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)材料料（鋼鋼筋混混凝土土）分分別采采用前前述的的非線線性本本構(gòu)關(guān)關(guān)系，，用荷荷載增增量法法，即即可按按共同同作用用方程程進(jìn)行行非線線性共共同作作用分分析。。對每級級荷載載建立立平衡衡方程程，地地基土土和基基礎(chǔ)結(jié)結(jié)構(gòu)的的剛度度系按按上一一級荷荷載施施加后后累計(jì)計(jì)的應(yīng)應(yīng)力水水平來來確定定。（1））地基基上的的有限限大板板考慮基基礎(chǔ)材材料的的非線線性可可大大大提高高承載載能力力的估估計(jì)值值。（2））地基基上的的無限限大板板(3)空間間問題題的試試驗(yàn)驗(yàn)驗(yàn)證地基與與基礎(chǔ)礎(chǔ)不同同非線線性組組合下下共同同作用用的結(jié)結(jié)果①板為為線彈彈性，，地基基土亦亦為線線彈性性；②板為為非線線性彈彈性，，地基基土仍仍為線線彈性性；③板為為線彈彈性，，地基基土為為非線線性彈彈性。。④板和和地基基土均均為非非線性性彈性性。剛性板板:地地基土土的非非線性性對基底底反力力和板板內(nèi)力力的分分布形形式與與數(shù)值值大小小起著著決定定性的的影響響。柔性板板:決定反反力和和內(nèi)力力分布布形式式與大大小的的主要要因素素是鋼筋混混凝土土的非非線性性，而地地基土土的非非線性性所起起作用用相比比較而而言就就很小小。不同非線性性組合下基基礎(chǔ)板計(jì)算算結(jié)果11.6地地下工程程反分析首先建立問問題的力學(xué)學(xué)模型，然然后根據(jù)介介質(zhì)的力學(xué)學(xué)參數(shù)、受受力狀態(tài)和和邊界條件件以及施工工條件，求求出巖土體體的位移、、應(yīng)力和應(yīng)應(yīng)變等物理理量，這一一過程稱之之為正分析。從結(jié)果反過過來尋求巖巖土體的本本構(gòu)模型和和相應(yīng)的計(jì)計(jì)算參數(shù)的的過程與正正分析正好好相反，稱之為反分