Part4 土工试验室模拟_练习.docxVIP

土工试验室模拟（练习）概述岩土工程中土体参数来源于一个或多个室内试验。为了得到更好的结果，需要将土层参数转化为PLAIXS中本构模型的输入参数，并充分考虑各本构模型的特性和局限。PLAXIS中大多数模型可以根据三轴或侧限等标准土工试验获得。但是，根据模型的复杂性，建议用户不要仅是简单地采用试验室获得的参数，而是应该实际去模拟这些试验，查看在模型局限范围内，模拟所得试验是否能表达实际室内试验的结果。为此，PLAXIS中添加了土工试验模块，在该模块中无需建立有限元模型，即可用简捷的方式模拟室内试验。该练习中，将使用土工试验工具模拟砂土和粘土的侧限试验和三轴试验。目录室内试验模拟----砂土试验模拟----粘土试验模拟附录A：参数的确定附录B：土工试验工具----如何模拟侧限试验----如何模拟三轴试验室内试验模拟本练习中，详细介绍了两种不同材料的侧限试验和三轴试验，目的是为了确定土体硬化模型的参数，以使PLAXIS中模拟得到的结果与室内试验一致。简言之：根据已有实际室内试验结果确定土体参数；根据获得的参数在PLAXIS中进行试验模拟；比较PLAXIS试验模拟与实际室内试验得到的结果，最终确定模型的参数。例题1：砂土的室内试验参数确定对砂土土样进行了侧限和三轴试验。所得结果如下图所示。根据这些曲线确定HS模型的参数，并将其填写到表1中。注意，有一些参数并不能从所得试验结果中获得，此时需要估计该参数。图1 砂土侧限压缩试验图2 侧限压缩试验中水平应力和竖向应力的发展过程图3 三轴加卸载试验（围压=100kPa）图4 三轴排水试验轴应变-体应变关系曲线将数据收集到下列表格中：表1 砂土土体硬化模型（HS）参数参数单位数值kPakPakPakPa-kPa°°--根据上述参数，在土工试验室中进行三轴试验模拟。练习2：粘土室内试验图5 粘土侧限压缩试验图6 围压100kPa和400kPa下三轴不排水（CU）试验图7 围压100kPa三轴不排水（CU）试验将土工参数收集于下表2：表2 砂土土体硬化模型（HS）参数参数单位数值kPakPakPakPa-kPa°°--根据上述参数，在土工试验室中进行三轴试验模拟。附录A：参数确定砂土根据三轴试验确定参数。图8 根据三轴排水试验确定刚度参数粘聚力和摩擦角围压时，破坏时最大偏应力。莫尔-库伦破坏准则：试样为砂土，我们假定粘聚力为0，因此莫尔-库伦准则退化为：将和代入上式，可得摩擦角=42°。三轴试验参考刚度三轴试验刚度为破坏荷载50%处对应的割线刚度。如图8三轴试验中红色曲线所示。土体硬化（HS）模型中三轴试验刚度定义式为：参考应力pref为三轴试验的围压100kPa，则参考卸载-重加载刚度与从三轴试验中获取参考刚度的方法类似，如果在三轴试验中，执行卸载-重加载试验，我们可以确定卸载-重加载刚度。土体硬化（HS）模型没有卸载-重加载对应的滞回行为，还是简单具备非线性弹性卸载-重加载行为。因此，如三轴试验结果中的绿色曲线所示，我们取割线斜率作为卸载-重加载刚度。同样假定参考围压为100kPa：不过对于卸载-重加载刚度而言，该数值偏小，因此我们取剪胀角通过轴向应变-体积应变关系曲线，可以根据下式确定剪胀角：详见图9.，，可以得到剪胀角。注意：根据该图无法确定土体硬化模型的泊松比。这是因为该图达标主加载过程中的侧限试验，而该模型中需要的泊松比为卸载-重加载泊松比。图9 根据三轴试验确定剪胀角侧限刚度和刚度应力相关幂指数从侧限试验中，我们可以确定竖向应力和对应的刚度，如图10所示。注意，为切线刚度。确保使用侧限试验加载部分的结果。土体硬化模型中，应力相关侧限刚度定义为：，则幂指数m值可以确定如下：图10 侧限刚度及幂指数的确定正常固结K0数值在侧限压缩试验中测量水平应力和竖向应力，得到如图11所示曲线，根据该曲线可获得正常固结K0。从加载线上，可以得到此外，我们可以使用Jaki公式图11 侧限压缩试验中水平/竖向应力比卸载/重加载刚度如果没有卸载-重加载试验数据，也可以通过侧限压缩试验确定卸载/重加载刚度。不过，土体硬化模型卸载/重加载刚度是与围压相关，而对于侧限压缩试验，刚度与竖向应力，即直接相关。又（pref为！），则该数值稍有偏高，因此我们选择。表3 砂土土体硬化模型参数表参数单位数值kPa30000kPa30000kPa90000kPa100-0.2kPa0°42°16-0.5-0.33粘土粘聚力和摩擦角我们根据三轴不排水（CU）试验确定强度参数。图12 粘土强度参数的确定黑色虚线为p’-q平面中莫尔-库伦破坏准则。主应力空间中莫尔-库伦破坏准则定义为：由于三轴试验中，，上述条件可写为：因此，p’-q平面中莫尔-库伦线定义为：根据莫尔-库伦线在纵轴（p=0）上的截距，可得到粘聚力：侧限和卸载-重加载参考