土体本构模型研究及自动化技术 Research on Soil Constitutive Model and Adaptive Automation Technology.pdfVIP

第1期 水利水文自动化 N0．1 2009年3月 AutomationinWaterResourcesand Mar．，2009 Hydrology 土体本构模型研究及自动化技术 方卫华1’2，李志明3，吴海涛3 (1．河海大学水电学院，江苏南京210098； 2．水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京210012： 3．无锡供电设计研究院，江苏无锡214171) 摘要：对土体本构模型的分类、建模理论及其研究方法进行了系统总结和分析，指出土体微细结构、状态参 数、受荷历史、应力路径和排水条件等都可能影响土体本构模型的建立及其参数的确定。由于土体本构模型的复 杂性，采用先进的自动化与自适应技术建立土体本构模型或对模型参数进行反演具有十分重要的意义，为此在分 析本构模型的基础上，对本构模型中应用的自动化技术，包括神经网络、数据库和基于现场实测资料的反演等技 术进行了探讨。 关键词：土体本构模型；损伤；多尺度；反分析；自动化 中图分类号：TV641．2 文献标识码：A 我国现有各类型水库8．4万余座，其中90％左右 1．1静力本构模型 水库的大坝是土石坝，加上28万多km的堤防，这 1．1．1基于弹性理论的非线弹性模型 些水利工程大多是土质结构，因此研究土体的力学性 非线弹性模型理论上可分为以下3类：Cauchy 质是分析土坝和堤防安全的关键，而力学性质最重要 的就是材料的本构关系。由于土体的物理结构和化学 性质的复杂性，使得土体的力学性质也非常复杂。为 此，本文将以土体本构模型为中心，从模型的分类发 展、模型和参数的确定方法，以及工程应用中需要注 果，将E一肛模型修正为E-B模型，此模型能反映土体 意的几个问题入手，对土体本构模型建立和应用进行 的主要变形性质，采用加载和卸载模量来部分反映土 分析研究，并对其中的问题提出一定看法。最后考虑 的非线性性质，所采用的参数具有一定的物理意义， 到自动化技术的发展，对应用自动化技术建立土体本 可由一般三轴试验直接测得。但该模型不能反映土的 构模型和确定有关模型参数进行探讨。 剪胀性，也不能反映中间主应力对应变的影响，因此 有一定的局限性。为此，沈珠江等(1986)提出考虑 1 土体本构模型及其发展 球张量和偏张量相互影响的非线弹性模型，该模型能 考虑土体剪胀性。 本构模型从不同的角度有不同的分类方法，如从 1．1．2基于经典塑性力学的弹塑性模型 静力学和动力学进行分类，有静力和动力本构模型； 经典塑性力学建立在传统塑性势假设、关联流动 从材料的力学性质可分为弹性、弹塑性、黏弹塑性和 法则假设与不考虑应力主轴旋转等假设的基础上，将 黏弹塑性损伤等模型；从建模数学方法可以分成常规 应变分成弹性和塑性应变。典型的弹塑性模型主要包 多项式、指数函数、幂函数、微分型、积分型和神经 网络等模型。 Reuss模型、Levy-Von 收稿日期：2008-12-04 作者简介：方卫华(1972一)，男，安徽安庆人，高级工程师，博士研究生，从事大坝安全监测与风险评价研究。 万方数据 6 水利水文自动化 2009，(1) 在，只是不同变形阶段的分量比例不