文章编号:1007-7596(2008)04-0063-01
岩土本构模型的研究现状及进展
王 伟
(富锦市幸福灌区实验站,黑龙江富锦156100)
摘 要:在土木和水利工程问题中,求解的精度很大程度上取决于所用本构模型是否合理。由于变形机制的复杂性和多样性,致使
岩土本构模型研究长盛不衰。文章阐明了岩土本构模型研究的理论和工程意义;介绍了传统的弹性模型和弹塑性模型,近
期新兴的广义塑性力学理论、微观结构性模型、内时模型、分级模型等;并展望了岩土本构模型未来的发展方向。
关键词:本构模型;塑性;有限元;岩土;发展方向
中图分类号:T U 45 文献标识码:A
1 岩土本构模型研究的工程意义
广义上说,本构关系是指自然界的作用与由该作用产生的效应两者之间的关系。土体是一种地质历史产物,具有非常复杂的非线性特征。在外荷作用下,表现出的应力-应变
关系通常具有弹塑性、黏性以及非线性、剪胀性、各向异性等性状[1,2]。土体本构模型就是在整理分析试验结果的基础上,用数学模型来描述试验中所发现的土体变形特性。
2 传统的岩土本构模型
2.1 弹性模型
对于弹性材料,应力和应变存在一一对应的关系,当施加的外力全部卸除时,材料将恢复原来的形状和体积。弹性模型分为线弹性模型和非线性弹性模型两类。
线弹性模型和非线性弹性模型,其共有的基本特点是应力与应变可逆,或者说是增量意义上可逆。这类模型用于单调加载时可以得到较为精确的结果。但用于解决复杂加载问题时,精确性往往不能满足工程需要,因此引发了弹塑性本构模型的发展。2.2 弹塑性模型
弹塑性模型的特点是在应力作用下,除了弹性应变外,还存在不可恢复的塑性应变。应变增量d εi j
分为弹性和塑性两部分,弹性应变增量d εi j
e
用广义虎克定律计算,塑性应变增量d εi j p
根据塑性增量理论计算。
塑性增量理论主要包括3个方面:关于屈服面的理论;关于流动法则的理论和关于硬化(或软化)的理论。应用塑性增量理论计算塑性应变,首先要确定材料的屈服条件,对加工硬化材料,需要确定初始屈服条件和后继屈服条件(或称加载条件)。其次,需要确定材料是否服从相关联流动法则。若材料服从不相关联流动法则,还需要确定材料的塑性势函数。然后,确定材料的硬化或软化规律。最后可运用流动规则确定塑性应变增量的方向,根据硬化规律计算塑性应变增量的大小。
弹塑性本构方程可表示为d σi j =D i j k l e p d εk l ,其中D i j k l
e p
是弹塑性刚度矩阵,它的一般表达式为:
D i j k l e p
=D i j k l -D i j p q ( g / σp q )( f / σr s )D r s k l A +( f / σm n )D m n u v ( g / σu v
)(1)式中:g 是塑性势函数,f 是屈服函数,D 是弹性模量张量,A 是硬化参数,根据选用的硬化规律确定。
屈服准则是判断材料弹塑性的判据,现有的屈服面大体上可分为两类:①为单一开口的屈服面,也称锥体屈服面;②
就是目前广泛采用的闭合屈服面,也称帽子屈服面。开口的锥形屈服面主要反映塑性剪切变形,大多数经典屈服面都属于这一类型,如T r e s c a 准则、V o nM i s e s 准则等。但岩土材料不同于金属材料的显著特点之一就是单纯的静水压力也能产生塑性体积应变,而单一开口的屈服面不能反映这种塑性体积应变。所以近年来无论是对原有屈服面的修正,还是提出的新屈服面,多为帽子屈服面,它克服了单屈服面的一些缺点,能较为真实地描述土体的性状和恰当地拟合多种加载途径下的试验资料。现有的帽子屈服面,在π平面上都是外凸的,大多数以余茂宏建议的双剪应力强度理论为外边界;而在子午面上的形状,有两端都是圆的蛋形、一头尖一头圆的水滴形和两头尖的橄榄形。
实验证明,许多岩土材料并不属于相关联塑性流动。这样,就促成了非关联流动塑性力学模型的发展。在非关联流动模型中,通过修正、调节屈服函数得到了势函数。于是,由材料的某些特性(如晶粒间摩擦、材料各向异性)所引起的对关联流动法则的偏离就能得到较好的模拟。
3 近期发展的新型岩土本构模型
3.1 广义塑性力学理论
国内学者郑颖人等人在广义塑性力学理论方面做了很多工作。广义塑性力学认为,传统塑性理论的3个假设:遵守关联流动法则、传统塑性位势理论和不考虑应力主轴旋转,都不符合岩土材料的变形机制。广义塑性力学从寻找和消除这些假设入手,提出了一些新的观点[2]。3.2 微观结构性模型
传统岩土本构模型是建立在宏观现象学基础上的关系。若将土体的变形过程看作由原状土经损伤向扰动土逐渐转化的过程,可以采用损伤力学理论建立弹塑性损伤模型,并进一步引申为结构性模型。通过微观结构的研究,使得众多结构研究成果与其力学性状发生定量意义上的联系,对解释宏观力学现象具有重要意义。3.3 内时模型
在经典塑性理论中,总是假设存在着与硬化或软化过程相适应的屈服面或加载面。但岩土材料的实验证明,土体无论在压缩还是剪切时,都没有理论上所描述的明显的屈服点,而且往往从加载一开始就会出现残余变形。所以,从这个意义上讲,简化的屈服面理论常常是与土体变形的真实情况有出入的。
2008年 第4期(第36卷) 黑 龙 江 水 利 科 技H e i l o n g j i a n g S c i e n c ea n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y
N o .4.2008
(T o d a l N o .36)DOI :10.14122/j .cn ki .hskj .2008.04.088
文章编号:1007-7596(2008)04-0064-01
白云水库溢洪道地基防渗与排水设计
朱雪丽
(黑龙江省水利水电勘测设计研究院,哈尔滨150080)
摘 要:在工程设计中针对工程中的渗透水流情况加以控制,设计出工程合理的防渗和排水系统,是保证水工建筑物安全运行的重要条件。文章介绍了白云水库溢洪道地基防渗排水系统的设计。
关键词:溢洪道;防渗;排水;帷幕灌浆;排水软管
中图分类号:T V651.1 文献标识码:B
1 基本资料
嫩江县白云水库位于科洛河支流大坡路古河上,距嫩江县城约89k m,水库控制流域面积54k m2,总库容1089万h m2。是以灌溉为主,兼顾防洪、养鱼、旅游等综合利用的中型水库。水库始建于1971年,由中华人民共和国解放军总后勤部嫩江基地铁道兵修建管理,嫩江基地现为中储粮北方农业开发有限公司。中储粮北方农业开发有限公司位于世界三块黑土区之一的黑龙江省嫩江县和内蒙古自治区莫力达瓦达翰尔自治旗境内,占地4.7万h m2,以盛产小麦、大豆和天然野生产品闻名,年产优质麦豆1亿多k g。水库1973年建成以来为农业发展,减轻下游村屯(2个)人口5000人及耕地7333h m2洪涝灾害,发挥了很大作用。由于溢洪道从进口至出口无工程防护措施,泄洪时,出口段冲坑向上游逐年发展,工程泄洪不安全,在2003年重新修建。
水库枢纽工程由土坝、溢洪道和输水洞组成。溢洪道是水库工程的重要组成部分,其地基的防渗排水系统设计是溢洪道安全运行的关键之一。
2 白云水库溢洪道的防渗和排水系统设计溢洪道的防渗和排水设施的布设应满足下列要求:减少堰基的渗漏和绕渗;防止软弱夹层、断层破碎带、岩体裂隙软弱充填物及其它抗渗变形性能差的地基中产生渗透破坏;降低建筑物的扬压力;具有可靠的连续性和足够的耐久性;防渗帷幕不得设置在建筑物底面的拉力区;在严寒地区,排水设施防止冰冻破坏。
白云水库溢洪道为河岸开敞式有闸控制溢洪道,溢洪道布置在右岸紧邻右坝肩,堰体坐落在强风化安山岩基础上,为中～强透水层。根据基本情况,在设计中,采用水泥灌浆帷幕的防渗措施,并与大坝的防渗一同考虑,形成整体防渗系统。因此,堰体下防渗帷幕设计为单排帷幕灌浆,灌浆深度10m,孔距1.5m,帷幕左侧通过刺墙与坝体防渗帷幕相连,右端向山体延伸10m。为防止下泄水流经建筑物分块间的接缝处渗入,在边墙、底板的纵横缝内设置橡胶止水及膨胀止水条。
堰基底宜设1排主排水孔,应布设在防渗帷幕下游的廊道或集水沟内,与帷幕灌浆孔的间距在基底不宜<2m。
在白云水库溢洪道地基的排水设计中,依据以上原则,在堰体末端设一排水孔,孔距2.5m,深4m,距防渗帷幕3m,在边墙、底板纵横缝下设纵横排水沟(不骑缝布设),断面尺寸0.3m×0.3m,沟内设排水软管,周围回填碎石。其中,纵向排水沟3条,由消力坎下通出。纵、横向排水沟相互连通,构成互相贯通的排水设施,使排水畅通,不至于个别地方淤塞而影响整个排水系统。
白云水库溢洪道的施工图设计中,非常重视地基的防渗排水,采用整体防渗排水系统有效地降低地下水位,以保证溢洪道的安全,且必将在今后的实际应用中发挥其作用。
参考文献:
[1] 水利部天津水利水电勘测设计研究院.S L253-2000溢洪道设
计规范[S].北京:中国水利水电出版社,2000.
3.4 分级模型
D e s a i及同事们提出了用于发展一般土的本构模型的分层建模概念。该方法以服从关联流动法则的简单各向异性强化模型开始,模型级数逐渐递增,较高等级的模型则是通过引入非关联流动法则、各向异性强化法则和应变强化或软化法则得到的。该模型只包括一个屈服面,这与前面所讨论的双面帽盖模型或多面模型不同。
3.5 黏性模型
单纯的塑性理论难以全面反映土的客观性质。S c i b e l、P o m p,D e u t l e r和H a r d i n g等分别采用各种材料进行试验,证实了岩土材料具有弹性、塑性和黏性性质。为了全面反映土的本构关系,就必须同时考虑以上几点。描述土体的黏性(即应力一应变关系受时间的影响),需要采用与时间有关的模型,如黏弹性模型、黏塑性模型、黏弹塑性模型等,其中最简单的是黏弹性模型。
4 岩土本构模型的未来发展方向
①大多数现有模型都局限在简单的加载条件下。实际的工程条件比室内试验要复杂的多,建立复杂加载条件下的本构模型体系是今后需要研究的一个方向;此外,还应该深入探讨各种模型参数的测定问题。②自然界的岩土体种类繁多,性状差异非常大,在现阶段建立一种涵盖所有土体应力变形特性的本构模型是不现实的,但有望建立一系列用于解决不同实际工程问题的实用模型。③今后还应该加强试验积累,通过试验观察不同种类岩土体在各种受力状态下,其应力-应变曲线与相应的微观结构变化规律。将宏观力学和微观结构相结合是岩土本构模型今后研究的一个重要方向。④大量研究己经证明,应力路径对土体的本构关系影响甚大。在用于计算实际工程问题时,如果有条件应该根据工程中土体所经受的实际应力路径进行试验模拟,进而确定相应的模型参数。
参考文献:
[1] 章根德.岩土材料本构模型的最新进展[J].力学进展,1994,
24(3):374-385.
[2] 郑颖人.岩土塑性力学的新进展———广义塑性力学[J].岩土
工程学报,2003,25(1):1-10.
2008年 第4期(第36卷)
黑 龙 江 水 利 科 技
H e i l o n g j i a n g S c i e n c ea n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y
N o.4.2008
(T o d a l N o.36)
岩土类材料弹塑性力学模型及本构方程 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-
岩土类材料的弹塑性力学模型及本构方程 摘要：本文主要结合岩土类材料的特性，开展研究其在受力变形过程中的弹性及塑性变形的特点，描述简化的力学模型特征及对应的适用条件，同时在分析研究其弹塑性力学模型的基础上，探究了关于岩土类介质材料的各种本构模型，如M-C、D-P、Cam、D-C、L-D及节理材料模型等，分析对应使用条件，特点及公式，从而推广到不同的材料本构模型的研究，为弹塑性理论更好的延伸发展做一定的参考性。 关键词：岩土类材料，弹塑性力学模型，本构方程 不同的固体材料，力学性质各不相同。即便是同一种固体材料，在不同的物理环境和受力状态中，所测得的反映其力学性质的应力应变曲线也各不相同。尽管材料力学性质复杂多变，但仍是有规律可循的，也就是说可将各种反映材料力学性质的应力应变曲线，进行分析归类并加以总结，从而提出相应的变形体力学模型。 第一章岩土类材料 地质工程或采掘工程中的岩土、煤炭、土壤，结构工程中的混凝土、石料，以及工业陶瓷等，将这些材料统称为岩土材料。 岩土塑性力学与传统塑性力学的区别在于岩土类材料和金属材料具有不同的力学特性。岩土类材料是颗粒组成的多相体，而金属材料是人工形成的晶体材料。正是由于不同的材料特性决定了岩土类材料和金属材料的不同性质。归纳起来，岩土材料有3点基本特性：1.摩擦特性。2.多相特性。3.双强度特性。另外岩土还有其特殊的力学性质：1.岩土的压硬性，2.岩土材料的等压屈服特性与剪胀性，3.岩土材料的硬化与软化特性。4.土体的塑性变形依赖于应力路径。 对于岩土类等固体材料往往在受力变形的过程中，产生的弹性及塑性变形具备相应的特点，物体本身的结构以及所加外力的荷载、环境和温度等因素作用，常使得固体物体在变形过程中具备如下的特点。 固体材料弹性变形具有以下特点：(1)弹性变形是可逆的。物体在变形过程中，外力所做的功以能量（应变能)的形式贮存在物体内，当卸载时，弹性应变能将全部释放出来，物体的变形得以完全恢复；(2)无论材料是处于单向应力状态，还是复杂应力状态，在线弹性变形阶段，应力和应变成线性比例关系；(3)对材料加载或卸载，其应力应变曲线路径相同。因此，应力与应变是一一对应的关系。 固体材料的塑性变形具有以下特点：(l)塑性变形不可恢复，所以外力功不可逆。塑性变形的产生过程，必定要消耗能量(称耗散能或形变功)；(2)在塑性变形阶段，应力和应变关系是非线性的。因此，不能应用叠加原理。又因为加载与卸载的规律不同，应力与应变也不再存在一一对应的关系，也即应力与相应的应变不能唯一地确定，而应当考虑到加载的路径(即加载历史)；(3)当受力固体产生塑性变形时，将同时存在有产生弹性变形的弹性区域和产生塑性变形的塑性区域。并且随着载荷的变化，两区域的分界面也会产生变化。 第二章弹塑性力学中常用的简化力学模型 对于不同的材料，不同的应用领域，可以采用不同的变形体模型。在确定力学模型时，要特别注意使所选取的力学模型必须符合材料的实际情况，这是非常重要的，因为只有这样才能使计算结果反映结构或构件中的真实应力及应
岩土工程简介及发展前景、设计岩土工程 岩土工程：是欧美国家于20世纪60年代在土木工程实践中建立起来的一种新的技术体制。岩土工程是以求解岩体与土体工程问题，包括地基与基础、边坡和地下工程等问题，作为自己的研究对象。 基本概念 地上、地下和水中的各类工程统称土木工程。土木工程中涉及岩石、土、地下、水中的部分称岩土工程。 发展现状 随着多种所有制工程施工企业的发展及跨区域经营障碍被打破，岩土工程市场已处于完全竞争状态。岩土工程项目承接主要通过公开招投标活动实现，行业内市场化程度较高，市场集中度偏低。 我国岩土工程行业具有企业数量多、规模小的特点。据《2013-2017年中国岩土工程行业发展前景与投资战略规划分析报告》统计，我国仅从事强夯业务的企业就超过300家，岩土工程行业的集中度较低，导致优势企业无法形成规模优势。这与发达国家该行业高度集中的特点形成了鲜明对比。 岩土工程行业在未来的发展中要解决行业分散、集中度过低的问题，提高整体竞争力进而提高盈利能力，需要在未来的发展中抓住时代机遇，适应时机，以更优的业务模式、调整行业业务结构类型，实现行业的飞速发展。 数据显示，未来岩土工程行业的几大发展机遇主要表现在以下四个方面： 民生工程的机遇 根据国家“十二五”规划，在“十二五”期间，我国经济将着重调整经济结构，大力发展新兴产业，提升经济发展的质量和效益，同时会加大民生领域的投资，将着力保障和改善民生作为五大着力点之一，民生工程建设已上升为国家发展战略高度。 民生工程投入最多的领域包括：1000万套保障性住房建设、教育和卫生等民生工程、技术改造和科技创新，以及农田水利建设投资四万亿等。2011年中央财政在民生工程计划
岩土工程及防灾减灾现状及发展 一、概述 1. 岩土工程 岩土工程是20世纪60年代末至70年代初,将土力学及基础工程、工程地质学、岩体力学三者逐渐结合为一体并应用于土木工程实际而形成的新学科[1]。 2.防灾减灾工程 防灾减灾工程是一个具有显著综合交叉性的新型学科，它涵盖到各种自然和人为灾害发生条件和发展规律、监测和预报、工程防治和灾时应急措施等科学技术难题。按现行学科体系来说，防灾减灾工程涉及地质、气象、地震工程、建筑学、土木工程、水利工程、信息和管理等学科的相关专业领域。 二、岩土工程及防灾减灾主要研究方向 1.岩土工程主要研究方向 ①城市地下空间与地下工程：以城市地下空间为主体，研究地下空间开发利用过程中的各种环境岩土工程问题，地下空间资源的合理利用策略，以及各类地下结构的设计、计算方法和地下工程的施工技术（如浅埋暗挖、盾构法、冻结法、降水排水法、沉管法、TBM法等）及其优化措施等等。 ②边坡与基坑工程：重点研究基坑开挖（包括基坑降水）对邻近既有建筑和环境的影响，基坑支护结构的设计计算理论和方法，基坑支护结构的优化设计和可靠度分析技术，边坡稳定分析理论以及新型支护技术的开发应用等。 ③地基与基础工程：重点开展地基模型及其计算方法、参数研究，地基处理新技术、新方法和检测技术的研究，建筑基础（如柱下条形基础、十字交叉基础、筏形基础、箱形基础及桩基础等）与上部结构的共同作用机理和规律研究等。 2.防灾减灾工程主要研究方向 ①地下工程减灾防灾，利用工程学的方法研究解决和防治自然灾害、人为灾害、施工灾害的破坏效应，开展地下结构减震、隔震理论与方法，地下工程火灾特征及损伤评估方法，地下工程施工灾害的防御技术，动态可靠度与耐久性设计理论，高应力场与高温度场耦合分析等。 ②线路系统防灾减灾工程与防护工程。该方向的研究内容以高山峡谷区重力作用为主的滑坡、崩塌、泥石流等山地灾害的铁路、公路工程防治技术为主线，同时覆盖了特殊岩土地质条件的路基病害整治及公路路面病害处理技术、轮轨和车路系统本身的运行安全技术以及工务安全管理保障系统等领域。 ③岩土工程灾害预测和防治，利用现代科学理论和技术，进行岩土工程学、地学、环境学、灾害学等多学科交叉解决岩土工程灾害理论研究中的前沿问题和岩土工程灾害防治中的重大难点问题，着重进行岩土工程环境地质评价及地质灾害防治研究、岩土工程中水环境效应及其工程危害研究、岩土工程环境地质问题风险分析与防灾决策可靠性研究，渗流场、应力场、温度场耦合分析及其在工程灾害防治中的应用等。 ④大型结构物抗风与抗震，针对工程实践中急需解决的大型结构物抗风、抗震的关键技术问题，利用现代科学理论与实验技术，研究造成风害和震害的机理，寻求大型结构物抗风、抗震能力的有效措施，着重进行大型结构物风致响应与地震反应的预测及评估、大型结构物环境振动抑制技术、大型结构物抗风抗震设计等理论及应用研究。 三、岩土工程及防灾减灾现状及发展
21世纪岩土工程发展展望 浙江大学 龚晓南教授 1 引 言 展望岩土工程的发展,笔者认为需要综合考虑岩土工程学科特点、工程建设对岩土工程发展的要求，以及相关学科发展对岩土工程的影响。 岩土工程研究的对象是岩体和土体。岩体在其形成和存在的整个地质历史过程中，经受了各种复杂的 地质作用，因而有着复杂的结构和地应力场环境。而不同地区的不同类型的岩体，由于经历的地质作用过 程不同，其工程性质往往具有很大的差别。岩石出露地表后，经过风化作用而形成土，它们或留存在原地， 或经过风、水及冰川的剥蚀和搬运作用在异地沉积形成土层。在各地质时期各地区的风化环境、搬运和沉积 的动力学条件均存在差异性，因此土体不仅工程性质复杂而且其性质的区域性和个性很强。 岩石和土的强度特性、变形特性和渗透特性都是通过试验测定。在室内试验中，原状试样的代表性、取 样过程中不可避免的扰动以及初始应力的释放，试验边界条件与地基中实际情况不同等客观原因所带来的 误差，使室内试验结果与地基中岩土实际性状发生差异。在原位试验中，现场测点的代表性、埋设测试元件 时对岩土体的扰动，以及测试方法的可靠性等所带来的误差也难以估计。 岩土材料及其试验的上述特性决定了岩土工程学科的特殊性。岩土工程是一门应用科学，在岩土工程 分析时不仅需要运用综合理论知识、室内外测成果、还需要应用工程师的经验，才能获得满意的结果。在展 望岩土工程发展时不能不重视岩土工程学科的特殊性以及岩土工程问题分析方法的特点。 土木工程建设中出现的岩土工程问题促进了岩土工程学科的发展。例如在土木工程建设中最早遇到的 是土体稳定问题。土力学理论上的最早贡献是1773年库伦建立了库伦定律。随后发展了Rankine(1857)理 论和Fellenius(1926)圆弧滑动分析理论。为了分析软粘土地基在荷载作用下沉降随时间发展的过程， Terzaghi(1925)发展了一维固结理论。回顾我国近50年以来岩土工程的发展，它是紧紧围绕我国土木工程建设中出现的岩土工程问题而发展的。在改革开放以前，岩土工程工作者较多的注意力集中在水利、铁道和矿井工程建设中的岩土工程问题，改革开放后，随着高层建筑、城市地下空间利用和高速公路的发展，岩 土工程者的注意力较多的集中在建筑工程、市政工程和交通工程建设中的岩土工程问题。土木工程功能化、 城市立体化、交通高速化，以及改善综合居往环境成为现代土木工程建设的特点。人口的增长加速了城市发 展，城市化的进程促进了大城市在数量和规模上的急剧发展。人们将不断拓展新的生存空间，开发地下空 间，向海洋拓宽，修建跨海大桥、海底隧道和人工岛，改造沙漠，修建高速公路和高速铁路等。展望岩土工 程的发展，不能离开对我国现代土木工程建设发展趋势的分析。 一个学科的发展还受科技水平及相关学科发展的影响。二次大战后，特别是在20世纪60年代以来， 世界科技发展很快。电子技术和计算机技术的发展，计算分析能力和测试能力的提高，使岩土工程计算机 分析能力和室内外测试技术得到提高和进步。科学技术进步还促使岩土工程新材料和新技术的产生。如近年 来土工合成材料的迅速发展被称为岩土工程的一次革命。现代科学发展的一个特点是学科间相互渗透，产 生学科交叉并不断出现新的学科，这种发展态势也影响岩土工程的发展。 岩土工程是20世纪60年代末至70年代初，将土力学及基础工程、工程地质学、岩体力学三者逐渐结 合为一体并应用于土木工程实际而形成的新学科。岩土工程的发展将围绕现代土木工程建设中出现的岩土 工程问题并将融入其他学科取得的新成果。岩土工程涉及土木工程建设中岩石与土的利用、整治或改造，其
常用土体本构模型及其特点小结 山中一草线弹性模型 线弹性模型遵从虎克定律，只有2个参数，即弹性模量E和泊松比V,它是最简单的应力-应变关系，但无法描述土的很多特征，主要应用于早期的有限元分析及解析方法中，可用来近似模拟较硬的材料如岩土。 Duncan-Chang（ DC 模型 DC模型是一种非线性弹性模型，它用双曲线来模拟土的三轴排水试验的应力-应变关系（图1）。它侧重于刻画土体应力-应变曲线非线性的简单特征，通过弹性参数的调整来近似地考虑土体的塑性变形。但所用的理论仍然是弹性理论而没有涉及到任何塑性理论，故仍不能反映如应力路径对变形的影响、土体的剪胀特性和球应力对剪应变的影响等土体的很多重要性质。由于DC模型是在二为常 数的常规三轴试验基础上提出的，比较适用于围压不变或变化不大、轴压增大的情况，如模拟土石坝和路堤的填筑。 图】IK模型关于三轴试验的应力-应变关系Fig.l Duncan-Chang approxiniathm of the siress-strain rd nt kinship Ln ft standard drained triAxt*! te&l Mohr-Coulomb （MC）模型 MC模型是一种弹-理想塑性模型，它综合了胡克定律和Coulomb破坏准则。有5个参数，即控制弹性行为的2个参数：弹性模量E和泊松比v及控制塑性行为的3个参数：有效黏聚力c、有效内摩擦角和剪胀角。MC模型采用了弹塑性理论，能较好地描述土体的破坏行为但却认为土体在达到抗剪强度之前的应力-应变关系符合胡克定律，因而并不能较好地描述土体在破坏之前的变形行为，且不能考虑应力历史的影响及区分加荷和卸荷。故MC模型能较好地模拟土体的强度问题，MC模型的六凌锥形屈服面（图2）与土样真三轴试验的应力组合形成的屈服面吻合得较好，因此MC模型适合于低坝、边坡等稳定性问题的分析。
岩土本构模型的研究现状及进展 王 伟 (富锦市幸福灌区实验站,黑龙江富锦156100) 摘 要:在土木和水利工程问题中,求解的精度很大程度上取决于所用本构模型是否合理。由于变形机制的复杂性和多样性,致使 岩土本构模型研究长盛不衰。文章阐明了岩土本构模型研究的理论和工程意义;介绍了传统的弹性模型和弹塑性模型,近 期新兴的广义塑性力学理论、微观结构性模型、内时模型、分级模型等;并展望了岩土本构模型未来的发展方向。 关键词:本构模型;塑性;有限元;岩土;发展方向 中图分类号:T U45 文献标识码:A [收稿日期]2008-01-03 [作者简介]王伟(1974-),女,黑龙江富锦人,工程师。 1 岩土本构模型研究的工程意义 广义上说,本构关系是指自然界的作用与由该作用产生的效应两者之间的关系。土体是一种地质历史产物,具有非常复杂的非线性特征。在外荷作用下,表现出的应力-应变关系通常具有弹塑性、黏性以及非线性、剪胀性、各向异性等 性状[1,2] 。土体本构模型就是在整理分析试验结果的基础上,用数学模型来描述试验中所发现的土体变形特性。 2 传统的岩土本构模型 211 弹性模型 对于弹性材料,应力和应变存在一一对应的关系,当施加的外力全部卸除时,材料将恢复原来的形状和体积。弹性模型分为线弹性模型和非线性弹性模型两类。 线弹性模型和非线性弹性模型,其共有的基本特点是应力与应变可逆,或者说是增量意义上可逆。这类模型用于单调加载时可以得到较为精确的结果。但用于解决复杂加载问题时,精确性往往不能满足工程需要,因此引发了弹塑性本构模型的发展。212 弹塑性模型 弹塑性模型的特点是在应力作用下,除了弹性应变外, 还存在不可恢复的塑性应变。应变增量d εij 分为弹性和塑性两部分,弹性应变增量d εij e 用广义虎克定律计算,塑性应变增量d εij p 根据塑性增量理论计算。塑性增量理论主要包括3个方面:关于屈服面的理论;关于流动法则的理论和关于硬化(或软化)的理论。应用塑性增量理论计算塑性应变,首先要确定材料的屈服条件,对加工硬化材料,需要确定初始屈服条件和后继屈服条件(或称加载条件)。其次,需要确定材料是否服从相关联流动法则。若材料服从不相关联流动法则,还需要确定材料的塑性势函数。然后,确定材料的硬化或软化规律。最后可运用流动规则确定塑性应变增量的方向,根据硬化规律计算塑性应变增量的大小。 弹塑性本构方程可表示为d σij =D ij k l ep d εk l ,其中D ijkl ep 是 弹塑性刚度矩阵,它的一般表达式为: D ijkl ep =D ijkl -D ijpq (5g /5σpq )(5f /5σrs )D rsk l A +(5f /5 σm n )D m nuv (5g /5σuv )(1)式中:g 是塑性势函数,f 是屈服函数,D 是弹性模量张量,A 是硬化参数,根据选用的硬化规律确定。 屈服准则是判断材料弹塑性的判据,现有的屈服面大体 上可分为两类:①为单一开口的屈服面,也称锥体屈服面;②就是目前广泛采用的闭合屈服面,也称帽子屈服面。开口的锥形屈服面主要反映塑性剪切变形,大多数经典屈服面都属于这一类型,如Tresca 准则、Von M ises 准则等。但岩土材料不同于金属材料的显著特点之一就是单纯的静水压力也能产生塑性体积应变,而单一开口的屈服面不能反映这种塑性体积应变。所以近年来无论是对原有屈服面的修正,还是提出的新屈服面,多为帽子屈服面,它克服了单屈服面的一些缺点,能较为真实地描述土体的性状和恰当地拟合多种加载途径下的试验资料。现有的帽子屈服面,在π平面上都是外凸的,大多数以余茂宏建议的双剪应力强度理论为外边界;而在子午面上的形状,有两端都是圆的蛋形、一头尖一头圆的水滴形和两头尖的橄榄形。 实验证明,许多岩土材料并不属于相关联塑性流动。这样,就促成了非关联流动塑性力学模型的发展。在非关联流动模型中,通过修正、调节屈服函数得到了势函数。于是,由材料的某些特性(如晶粒间摩擦、材料各向异性)所引起的对关联流动法则的偏离就能得到较好的模拟。 3 近期发展的新型岩土本构模型 311 广义塑性力学理论 国内学者郑颖人等人在广义塑性力学理论方面做了很多工作。广义塑性力学认为,传统塑性理论的3个假设:遵守关联流动法则、传统塑性位势理论和不考虑应力主轴旋转,都不符合岩土材料的变形机制。广义塑性力学从寻找和消除这些假设入手,提出了一些新的观点[2]。312 微观结构性模型 传统岩土本构模型是建立在宏观现象学基础上的关系。若将土体的变形过程看作由原状土经损伤向扰动土逐渐转化的过程,可以采用损伤力学理论建立弹塑性损伤模型,并进一步引申为结构性模型。通过微观结构的研究,使得众多结构研究成果与其力学性状发生定量意义上的联系,对解释宏观力学现象具有重要意义。313 内时模型 在经典塑性理论中,总是假设存在着与硬化或软化过程相适应的屈服面或加载面。但岩土材料的实验证明,土体无论在压缩还是剪切时,都没有理论上所描述的明显的屈服点,而且往往从加载一开始就会出现残余变形。所以,从这个意义上讲,简化的屈服面理论常常是与土体变形的真实情况有出入的。 — 36—
岩土工程未来发展的一点思考 盛根来 非常高兴与大家交流，有关岩土工程勘察报告的使用和解读方面的一些问题，实际上，这是个比较沉重的话题，现在的勘察成果怎么用？可信度怎么样？都是需要面对的问题，我相信设计与勘察程度不同的存在这方面的问题，几十元一米的勘察出来的报告谈什么质量，难为了结构设计人员。这些成果报告是在吃十几年前的老本，推荐强度及变形参数建议值更多是在使用经验值。勘察队伍将来怎么发展，还千军万马在走传统岩土工程勘察老路、独木桥，勘察队伍日子都不会好过，眼下的新常态，产业在调整，大规模的建设还会继续吗？题外话：前些天做岩土工程师培训时，我梳理了一下岩土工程勘察将来发展的思路：在当今我国经济形势新常态下，大规模、无序的工程建设项目将逐渐减少，传统的岩土工程何去何从，从业者们不得不重新考虑其生存和发展，还继续以量规模对抵岩土工程勘察设计的低廉效益吗？显然不能维系从业者的收益需求，以下就现有工程所能衍生岩土工程工作的内容，为从业者提供的思考和建议：岩土工程勘察不能仅局限场地范围水平及纵向几十米、几百米的范围，要了解周边环境、地下不良地质作用等，如地下采矿活动引发的采空塌陷及伴生的地裂缝等对地面工程影响非常大，传统勘察方法（按米计价的项目）怎么能很好地解决影响工程安全的岩土工程问题。如很多采空区上大量兴建地面建筑，勘察难度非常大，有许多问题要解决，但最大的问题还是场地及地基稳定性问题。举例平邑矿难(周围村庄房屋是否受到影响?国务院责成山东省政府---住建厅调查并进行评价)
一、对以往工程进行梳理、归纳和总结，充分利用“大数据”服务社会，服务城市建设。很多城市在建设三维地理信息管理系统，我们可以构建城市地质多参数运行管理系统，作为一个独立专题或直接嵌入系统平台供查阅调研，将地形地貌、岩土物理力学性质指标、地层结构、水文地质条件、工程地质问题、地基承载力、桩基参数、变形参数等内容纳入其中，具有研究和指导意义，可选一点、一个面，也可选三维地质体进行展示，或用于附近新项目的前期资料，为政府部门规划做好参谋，为勘察设计单位提供岩土工程勘察工作量布置的依据，可更合理布置优化勘察工作量。济南市、东营市等地的多参数研究课题建立的三维系统得以运行，起到了较好的示范作用，随着课题研究的不断深入，新的内容加入，三维模型内涵扩展，并与其他资源配置融合，赋予了新的内容和活力，资源环境承载力概念的引入，更使得城市地质三维建模进入新的扩越是发展的时期。 二、对于大型项目岩土工程地质的综合研究得到重视，大型项目尤其是超大项目业主、城市公共设施建设主导部门越来越重视综合研究对工程建设的指导意义。如青岛海湾大桥项目岩土工程勘察分几个标段、不同单位承担，所提供的岩土参数有一定差异，设计者使用有一定困难，按保守取值将会造成大量浪费，若取值冒进，则有可能造成工程事故或安全隐患，更谈不上对后期工程的指导和借鉴意义。经工程咨询单位与建设业主协商，就其关心的工程重大问题及后期工程运营时岩土性状和基础及上部结构层的变化规律，将这些研究成果归入大桥运营管理系统。青岛海湾大桥工程地质问题综合研究，将几家勘察单位的勘察成果报告重新整理，有关地层结构、岩土物理力学参数重新耦合，尤其是桩基参数——跨海大桥唯一的基础形式桩基础所承受的荷载非常大，结合试桩资料，反复推演，确定了合理的桩基参数，为本工程展开大规模工程桩施工提供了可靠充分的依
土的本构模型综述 1 土本构模型的研究内容 土体是天然地质材料的历史产物。土是一种复杂的多孔材料，在受到外部荷载作用后，其变形具有非线性、流变性、各向异性、剪胀性等特点。为了更好地描述土体的真实力学—变形特性，建立其应力应变和时间的关系，在各种试验和工程实践经验的基础上提出一种数学模型，即为土体的本构关系。自Roscoe等1958~1963年创建剑桥模型以来，各国学者相继提出了数百个土的本构模型，包括不考虑时间因素的线弹性模型、非线弹性模型、弹塑性模型和考虑时间因素的流变模型等。本文将结合土本构模型的研究进程，综合分析已建立的经典本构模型，指出各种模型的优缺点和适用性，并对土本构模型的未来研究趋势进行展望。 2 土的本构模型的研究进程 早期的土力学中的变形计算主要是基于线弹性理论的。在线弹性模型中，只需两个材料常数即可描述其应力应变关系，即E和v或K和G或λ和μ。其中邓肯张双曲线模型是研究最多、应用最广的非线弹性模型。20世纪50年代末~60年代初，土塑性力学的发展为土的本构模型的研究开辟了一条新的途径。Drucker等（1957年）提出在Mohr-Coulomb锥形屈服面上再加一组帽形屈服面，Roscoe等（1958年~1963年）建立了第一个土的本构模型——剑桥模型，标志着土的本构模型研究新阶段的开始。70年代到80年代，计算机技术的迅速发展推动了非线性力学理论、数值计算方法和土工试验的发展，为在岩土工程中进行非线性、非弹性数值分析提供了可能性，各国学者提出了上百种土的本构模型，包括考虑多重屈服面的弹塑性本构模型和考虑土的变形及内部应力调整的时间效应的粘弹塑性模型。此外，其他本构模型如土的结构性模型、内时本构模型等也是从不同角度描述土本构关系，有的学者则借用神经网络强大的自组织、自学习功能来反演土的本构关系。
关于岩土力学与工程的发展问题 杨光华 (广东省水利水电科学研究所广州510610 摘要:本文主要针对目前岩土力学与工程存在需要解决的一些问题,岩土力学与工程的特点及其进一步的发展问题提出一些个人看法,供同行参考。 关键词:岩土力学工程发展 中图分类号:TU431 文献标识码:A 文章编号:1008-0112(200006-0015-03 1 岩土力学理论发展的特点 岩土力学应建立于岩土材料的力学特性基础上,经典固体力学理论建立于金属材料的力学特性基础上,以土体材料为例,其与金属材料显然存在很大的区别,如土体抗拉强度很低,拉压强度不同,这就涉及到传统弹性理论解在土介质中的适用性问题。就材料的强度而言,其与金属介质明显不同的是与围压密切相关,由此发展了著名的库仑强度理论;在变形方面,土体的本构特性要比传统的金属材料复杂,经典金属的本构理论在用于表述土体材料时,明显存在局限性,如剪胀、塑性与静水压力相关等的特点是金属介质所没有的,因而需要发展适合于岩土材料的本构理论;在材料组成方面,土是三相体,受力后的变形存在三相共同作用的问题,因而其基本方程更复杂,由此而发展的太沙基有效应力原理是土力学发展的里程碑,比奥固结理论是表述饱和土中水、土共同作用较为完善的基本方程。在岩石力学中,岩体中存在节理的变形可以说是岩体力学的一个主要特征,因而产生了节理单元。由此可见,岩土力学的发展是建立于岩土材料的特点基础上的,传统固体力学的理论可以借用,但不等于照搬,只有利用现代数学力学知识,结合岩土材料的力学特点,创造性地解决岩土工程中的力学问题,岩土力学理论才会取得新的发展。 2 土体的稳定性问题
工程地质知识：岩土工程的未来发展趋势根据岩土工程的阶段发展来看，现阶段岩土工程处于向第四阶段转变的过程之中。因此，为了更好的推进岩土工程的进一步发展，更好的推进岩土工程走向未来，就需要立足现状，着眼未来，对岩土工程的未来发展趋势进行分析。 ①由于岩土工程施工具有复杂性，对各种岩土与土体的性质掌握具有不确定性，所以，针对于此，就需要在岩土工程的未来发展过程中，不断的推向岩土工程走向多样化、多层次化。所以，在进行岩土工程施工之前，针对不同的岩土、不同的土层进行层次化研究、测验，从而利用先进的科学技术进行模拟实验，从而使岩土工程能够在发展的过程中，具有多层次的未来发展趋势。 ②现阶段岩土工程是一项科学性很强的学科，是一项在施工过程中追求精确、准确性的严谨性学科。因此，就需要在未来发展的过程中，不断的深入研究，不断的研究岩石工程的有关规律，从而探索新的施工程序，探求新的计算公式，从而将各种有效的计算方法结合，从而满足更为精密的岩土工程施工的需要。因此，在推进岩土工程施工未来发展的过程中，就需要不断的探索新规律，不断地探索新方法，从而得出岩土工程建设过程中的新的受力算法、新求解公式、新的施工程序。 ③融人岩土工程科学性研究，当今世界是一个追求科学、追寻真理、不断向前发展的世界。因此，在推进岩土工程走向未来发展的同时，就需要将科学性思维、科学性方法以及科学性的知识融入岩土工
程施工的研究性工作之中。融入科学的思维方法就需要培养思维创新，以创新性头脑去开发新的岩土工程施工工艺。融人科学的工作方法，就需要在开发新的岩土工程时，不断的研究新方法、应用新方式，以合理、有效的方式促进岩土工程的研究工作走向未来。融人科学的学科知识就是指在进行岩土工程施工研究新技术之前，熟知各种岩土工程知识，并将知识进行创新，从而开创岩土工程走向未来。
岩土工程介绍及发展研究方向 展望岩土工程的发展,笔者认为需要综合考虑岩土工程学科特点、工程建设对岩土工程发展的要求，以及相关学科发展对岩土工程的影响。 岩土工程研究的对象是岩体和土体。岩体在其形成和存在的整个地质历史过程中，经受了各种复杂的地质作用，因而有着复杂的结构和地应力场环境。而不同地区的不同类型的岩体，由于经历的地质作用过程不同，其工程性质往往具有很大的差别。岩石出露地表后，经过风化作用而形成土，它们或留存在原地，或经过风、水及冰川的剥蚀和搬运作用在异地沉积形成土层。在各地质时期各地区的风化环境、搬运和沉积的动力学条件均存在差异性，因此土体不仅工程性质复杂而且其性质的区域性和个性很强。 岩石和土的强度特性、变形特性和渗透特性都是通过试验测定。在室内试验中，原状试样的代表性、取样过程中不可避免的扰动以及初始应力的释放，试验边界条件与地基中实际情况不同等客观原因所带来的误差，使室内试验结果与地基中岩土实际性状发生差异。在原位试验中，现场测点的代表性、埋设测试元件时对岩土体的扰动，以及测试方法的可靠性等所带来的误差也难以估计。 岩土材料及其试验的上述特性决定了岩土工程学科的特殊性。岩土工程是一门应用科学，在岩土工程分析时不仅需要运用综合理论知识、室内外测成果、还需要应用工程师的经验，才能获得满意的结果。在展望岩土工程发展时不能不重视岩土工程学科的特殊性以及岩土工程问题分析方法的特点。 土木工程建设中出现的岩土工程问题促进了岩土工程学科的发展。例如在土木工程建设中最早遇到的是土体稳定问题。土力学理论上的最早贡献是1773年库伦建立了库伦定律。随后发展了Rankine(1857)理论和Fellenius(1926)圆弧滑动分析理论。为了分析软粘土地基在荷载作用下沉降随时间发展的过程，Terzaghi(1925)发展了一维固结理论。回顾
土的本构关系 土体是天然地质材料的历史产物。土是一种复杂的多孔材料,在受到外界荷载作用后,其变形具有以下特性：①土体的变形具有明显的非线性,如:土体的压缩试验e～p 曲线、三轴剪切试验的应力—应变关系曲线、现场承载板试验所得的p～s曲线等; ②土体在剪切应力作用下会产生塑性应变,同时球应力也引起塑性应变; ③土体尤其是软粘土,具有十分明显的流变特性; ④由于土体的构造或沉积等原因,使土具有各向异性; ⑤紧砂、超固结粘土等在受剪后都表现出应变软化的特性; ⑥土体的变形与应力路径有关,证明不同的加载路径会出现较大的差别; ⑦剪胀性等。为了更好地描述土体的真实力学—变形特性,建立其应力、应变和时间的关系, 在各种试验和工程实践经验的基础上提出一种数学模型,即: 土体的本构关系。 自从Roscoe等人首次建立了剑桥模型以来, 土的本构关系的研究经历了一个蓬勃发展的 阶段, 出现了一些具有实用价值的本构模型。虽然很多的理论为建立土的本构关系提供了有力的工具, 但是由于土是一种三相体材料, 在性质上既不同于固体也不同于液体, 是介于两者 之间的特殊材料, 所以人们常借助于固体力学或流体力学理论, 同时结合工程实践经验来解 决土工问题, 从而研究土的本构关系形成了自己一套独特的方法—半理论半经验的方法。建立一个成功的本构关系关键有两点：第一要建立一个函数能较好地反映土在受力下的响应特征；第二要充分利用试验结果提供的数据比较容易地确定模型参数。模型都需要满足以下基本条件：（1）不违背更高一级的基本物理原理（如热力学第一、第二定律）。（2）建立在一定的力学理论基础之上（如弹性理论、塑性理论等）。（3）模型参数能够通过常规试验求取。从工程应用的角度出发，研究问题的精度就需要进行合理的控制，从而在计算精度与计算设备、计算难度、计算时间以及计算成本之间获得平衡。另外，任何理论、方法都应以实践应用为目的，这样才具有价值。综合上述两点，从工程应用的角度去分析各种土的本构关系是非常有必要的。本构关系是反映材料的力学性状的数学表达式，表示形式一般为应力-应变-强度-时间的关系。土的本构关系十分复杂，除受时间因素影响外，还受温度、湿度等因素影响。时间作为一个主要因素，主要是反映土的流变特性且在大多数情况下可以忽略其影响。同时，强度可以视为土体应力-应变发展的一个特殊阶段，即在发生很小的应力增量下，土体单元将发生无限大的变形。 对于一般的岩土工程问题，稳定问题是主要问题，如地基稳定问题、斜坡稳定问题等，一般采用极限平衡法对土体进行分析。这种分析不考虑土体破坏前的变形过程及变形量，只关心土体处于最后整体滑动时的状态及条件，实际上是刚塑性或理想塑性的理论。20 世纪50 年代末到60 年代初，由于高重土工构筑物、高层建筑以及许多大型建筑物的兴建，使土体变形问题成为主要矛盾。此外，随着计算手段、试验手段的提高，也极大地促进了本构关系的发展。 土的线弹性模型：经典土力学将土体视为理想弹性体,在进行变形计算时采用基于广义虎克定律的线性弹性模型,假定土体的应力和应变关系成正比,通过测定土在不排水条件下的弹性 模量E和泊松比μ,或者体积变形模量K和剪切模量G来描述其应力—应变关系。土的线弹性模型简单,适用于不排水、安全系数较大、土体不发生屈服的情况,工程中可用于:①计算地基中的垂直应力分布; ②计算地基在不排水加荷情况下的位移和沉降; ③基坑开挖问题计算,用于估计基坑在不排水条件下的侧向压力与侧向位移; ④计算软粘土地基在加荷不排水条件下的沉 降和孔隙水压力。 土的非线弹性模型：土体在外荷载作用下一般都要发生屈服,其应力—应变关系具有非线性,土体发生的变形既有弹性变形又有塑性变形,土的非线弹性模型可以较好地描述其变形特性。土的非线弹性模型理论可以分为三类:弹性模型、超弹性(Hyper Elastic)模型(又称Green超弹性模型)和次弹性(Hypo Elastic) 模型。其中影响最大、最具有代表性的主要是邓肯一张
常用岩土本构模型及其研究现状 学生：彭敏 班级：水工一班 学号：2014141482159 授课教师： 肖明砾 成绩 摘要： 在土木及水利工程中岩体分析成功性很大程度取决于采用的本构模型的正确性，常用的岩土本构模型：传统的弹性模型和弹塑性模型,新型的广义塑性力学理论、微观结构性模型、分级模型等。 关键词：本构模型 弹性 弹塑性 损伤力学 微观 1.传统岩土本构模型 现代岩石力学研究岩石全程应力应变曲线（如图1）可分为压密阶段、弹性工作阶段、塑性变形阶段和破坏阶段，采用经典连续介质力学理论计算的岩石力学模型有： 1.1 弹性模型 对于弹性材料, 应力和应变存在一一对应的关系, 当施加的外力全部卸除时 ,材料将恢复原来的形状和体积。弹性模型分为线弹性模型和非线性弹性模型两类。这类模型用于荷载单调加载时可以得到较为精确的结果，但用于解决复杂加载问题时, 精确性往往不能满足工程需要。 1.2弹塑性模型 弹塑性模型的特点是在应力作用下, 除了弹性应变外,还存在不可恢复的塑性应变。 应变增量分为弹性和塑性两部分, 弹性应变增量用广义虎克定律计算, 塑性应变增量根据塑性增量理论计算。 图1：应力应变曲线 图2 弹塑性模型 2. 新型岩土本构模型 2.1 广义塑性力学理论 广义塑性力学认为, 传统塑性理论的 3 个假设都不符合岩土材料的变形机制，广义塑性力学从寻找和消除这些假设入手, 提出了一些新的观点。 2.2 微观结构性模型 将土体的变形过程看作由原状土经损伤向扰动土逐渐转化的过程, 可以采用损伤力学理论建立弹塑性损伤模型。通过微观结构的研究, 使得众多结构研究成果与其力学性状发生定量意义上的联系, 对解释宏观力学现象具有重要意义。 2.3 分级模型 该方法以服从关联流动法则的简单各向异性强化模型开始, 模型级数逐渐递增, 较高等级的模型则是通过引入非关联流动法则、各向异性强化法则和应变强化或软化法则得到的。 3.结论 （1）传统岩土本构模型虽然简单，但是存在一些
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岩土工程的现状及发展 作者：陈东佐， 李静， Chen Dongzuo， Li Jing 作者单位：陈东佐,Chen Dongzuo(太原大学,建工系,山西,太原,030009)， 李静,Li Jing(山西城市建设职工中专,山西,太原,030013) 刊名： 太原大学学报 英文刊名：JOURNAL OF TAIYUAN UNIVERSITY 年，卷(期)：2003,4(3) 被引用次数：2次 本文读者也读过(10条) 1.李远耀.殷坤龙.代云霞基于广义Hoek-Brown准则强度折减法的岩坡稳定性分析[会议论文]-2008 2.谢国忠.曾庆招浅谈岩土工程的发展[期刊论文]-四川建材2006,32(6) 3.胡岱文.吴曙光土力学与基础工程课程教学改革与实践[会议论文]-2006 4.龚晓南.马克生.白晓红.梁仁旺.巨玉文.张小菊复合地基沉降可靠度分析[会议论文]-2002 5.李晓俊.白晓红.黄仙枝土工带加筋碎石土本构关系的三轴试验研究[会议论文]-2004 6.陈东佐.梁仁旺水泥土桩及CFG桩复合地基问题的探讨[期刊论文]-太原理工大学学报2003,34(3) 7.阎凤翔.白晓红.梁仁旺.栗润德太原东山黄土静力与动力性质对比[会议论文]-2004 8.白晓红.黄仙枝.岂连生土工加筋带技术在建筑地基中应用[会议论文]-2006 9.王佳.白晓红.贺武斌.贾军刚湿陷性黄土的原位载荷试验研究[会议论文]-2005 10.张平.尹建军.杨存龙.李宁.ZHANG Ping.YIN Jianjun.YANG Cunlong.LI Ning H-B准则及其在某公路隧洞支护设计中的应用[期刊论文]-中南公路工程2006,31(6) 引证文献(2条) 1.王元锋.黎来福.张虹野浅议岩土工程新发展[期刊论文]-山西建筑 2007(33) 2.唐春海上部结构与地基基础静力共同作用研究的回顾与展望[期刊论文]-中国科技信息 2005(12) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/4911336132.html,/Periodical_tydxxb200303012.aspx
滑坡工程地质勘察 （培训教材） 成都理工大学 地质灾害防治与环境保护国家专业实验室 二○○四年四月
目录 1概述?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 2滑坡可行性研究勘察???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3滑坡初步设计勘察???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 4滑坡施工图设计勘察???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8滑坡工程地质勘察报告编写内容及格式???????????????????????????????????????????????????????????????10滑坡防治工程可行性研究报告编写内容及格式???????????????????????????????????????????????????14滑坡治理工程初步设计报告编写内容及格式???????????????????????????????????????????????????????19滑坡治理工程施工图设计报告编写内容及格式???????????????????????????????????????????????????24泥石流工程地质勘察???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27
《软土地基》课程论文 学院建工学院 姓名王洋 学号
软土本构模型综述 1 引言 土体具有复杂的变形特征，如剪胀性、各向异性、受应力路径影响等。土体变形的这种复杂性是在复杂受力状态下表现出来的。复杂应力状态存在 6 个应力分量，也有 6 个应变分量。其间的关系是一种多因素物理量与多因素物理量之间的关系，不能由试验直接建立。须在简化条件的试验基础上，做某些假定及合乎规律的推理，从而提出某种计算方法，把应力应变关系推广到复杂应力状态。这种计算方法叫本构模型。 1.1 土的本构模型 发展到现在，土的本构模型数目众多，大致可以分为以下几大类: ( 1) 非线性模型; ( 2) 弹塑性模型; ( 3) 粘弹塑性模型; ( 4) 结构性模型。 对于软土而言，比较适用的一般为弹塑性模型。弹塑性模型是把总的变形分成弹性变形和塑性变形两部分，用虎克定律计算弹性变形部分，用塑性理论来解塑性变形部分。 1.2 变形假定 对于塑性变形，要作三方面的假定: ( 1) 破坏准则和屈服准则; ( 2) 硬化准则; ( 3) 流动法则。 不同的弹塑性模型，这三个假定的具体形式也不同。最常用的弹塑性模型为剑桥模型及其扩展模型。 2 剑桥模型与修正剑桥模型 1958 年，Roscoe 等发现了散粒体材料在孔隙比-平均有效应力-剪应力的三维空间里存在状态面的事实，1963 年，提出了著名的剑桥模型，1968 年，
形成了以状态面理论为基础的剑桥模型的完整理论体系。 Roscoe 等人将“帽子”屈服准则、正交流动准则和加工硬化规律系统地应用于Cam 模型之中，并提出了临界状态线、状态边界面、弹性墙等一系列物理概念，构成了第一个比较完整的土塑性模型。剑桥模型又被称为临界状态模型，是一个非常经典的弹塑性模型，它是第一个全面考虑重塑正常固结或弱超固结粘土的压硬性和剪胀性的模型，标志着土的本构理论发展新阶段的开始。 1968 年，Roscoe 等人在剑桥模型的基础上提出了修正剑桥模型，将原来的屈服面在p'，q 平面上修正为椭圆，并认为在状态边界面内土体变形是完全弹性的。在状态边界面内，增加的剪应力虽不产生塑性体积变形，但可产生塑性剪切变形。修正剑桥模型是一种“帽子”型模型，在许多情况下能更好地反映土的变形特性。修正剑桥模型至今仍在工程中广泛应用，是因为它具有很多优点: 形式简单，模型参数少，参数确定方法简单( 只需常规三轴试验即可) ，参数有明确的物理意义，能够很好的反映重塑正常固结或弱超固结粘土的压硬性和剪缩性，因此修正剑桥模型是土力学中比较成熟而且应用广泛的弹塑性本构模型。同时，修正剑桥模型也有一定的局限性: 屈服面只是塑性体积应变的等值面，只采用塑性体积应变作硬化参量，因而没有充分考虑剪切变形; 只能反映土体剪缩，不能反映土体剪胀; 没有考虑土的结构性这一根本内在因素的影响; 假定的弹性墙内加载仍会产生塑性变形等。修正剑桥模型对实际情况进行了一系列假定: ①屈服只与应力球量p 和应力偏量q 两个应力分量有关，与第三应力不变量无关; ②采用塑性体应变硬化规律，以为硬化参数; ③假定塑性变形符合相关联的流动法则，即g( σ) = f( σ) ; ④假定变形消耗的功，即塑性功为: 剑桥模型是当前在土力学领域内应用最广的模型之一，其主要特点有: 基本概念明确; 较好地适宜于正常固结粘土和弱超固结粘土; 仅有3个参数，都可以通过常规三轴试验求出，在岩土工程实际工作中便于推广; 考虑了岩土材料静水压力屈服特性、剪缩性和压硬性。王清等分析了修正剑桥模型的应力应变关系，以其为基础引进了接触单元和杆单元，运用修正合格模型，用有限元程序模拟了