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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。
土木工程中的数值模拟与仿真技术土木工程是应用科学与工程技术的交叉领域，数值模拟与仿真技术在其中起着重要的作用。
本文将探讨土木工程中数值模拟与仿真技术的应用及其意义。
一、数值模拟与仿真技术在土木工程中的应用数值模拟与仿真技术是一种通过计算机模拟和仿真的手段，对土木工程中的各种问题进行分析和预测的方法。
它可以通过建立合理的数学模型，运用数值计算方法，模拟和仿真土木工程中的各种力学、流体、材料和结构等问题，为工程师提供科学的依据和决策。
首先，数值模拟与仿真技术在土木工程中广泛应用于结构分析。
通过建立结构的几何模型和力学模型，结合数值计算方法，可以模拟和分析不同荷载情况下的结构变形、应力和破坏等问题，为结构设计提供参考和优化方案。
其次，数值模拟与仿真技术在土木工程中通常用于地基工程。
地基是土木工程中的基础，其稳定性和承载能力对工程的安全性和可靠性至关重要。
利用数值模拟与仿真技术，可以对地基的力学行为进行模拟和分析，预测工程中可能出现的沉降、变形和破坏情况，为合理选择地基处理方法和工程设计提供依据。
再次，数值模拟与仿真技术在土木工程中应用于流体力学分析。
对于涉及水流、空气流动等流体问题的工程，通过建立合理的数学模型和采用数值计算方法，可以模拟和预测各种流动问题，如水流的受力、压力、速度分布等，为工程设计和安全评估提供重要的依据。
最后，数值模拟与仿真技术在土木工程中还可用于材料强度和疲劳分析。
不同材料在不同荷载条件下的强度和疲劳性能对工程的安全和可靠性起着决定性的作用。
通过数值模拟与仿真技术，可以模拟和分析不同材料的强度和疲劳性能，为工程材料的选择和优化提供依据。
二、数值模拟与仿真技术在土木工程中的意义数值模拟与仿真技术在土木工程中的应用，不仅为工程师提供了一种高效、精确的分析工具，也为工程设计和决策提供了科学的依据。
首先，数值模拟与仿真技术可以帮助工程师更准确地预测工程中的变形和破坏情况。
传统的试验方法往往成本较高且耗时，而数值模拟与仿真技术可以在计算机上通过模拟和分析，快速得出工程中可能出现的问题，提前采取相应的措施。
第27卷 第10期 岩 土 工 程 学 报 Vol.27 No.10 2005年 10月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Oct., 2005 粗粒土与结构接触面统一本构模型及试验验证张 嘎，张建民（清华大学 岩土工程研究所，北京 100084）摘 要：在试验基础上建立了一个可统一描述粗粒土与结构接触面力学特性的本构模型。
提出了新的建模思路，基于试验得到的接触面本构规律建立了模型的数学公式及参数确定方法。
进行了多种法向边界条件下接触面单调和循环剪切试验，采用新建立的模型对试验结果进行了预测，模型预测结果与试验结果吻合良好。
该模型参数易于确定，能够统一地描述包括单调与循环加载条件下接触面的应变软化、剪胀规律、异向性等主要力学特性，能够合理地考虑受载过程中接触面的物态及相应力学特性的演化，能够统一地描述低法向应力到高法向应力范围内接触面的力学响应。
关键词：接触面；本构关系；模型；损伤；弹塑性；试验中图分类号：TU 432 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2005)10–1175–05作者简介：张 嘎(1976– ),男，清华大学工学博士(岩土工程)，讲师，现主要从事岩土工程的理论及工程应用等方面研究。
Unified modeling of soil-structure interface and its test confirmationZHANG Ga, ZHANG Jian-min(Institute of Geotechnical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstrac t: An elasto-plasticity damage constitutive model (EPDI model) was developed to unitedly characterize monotonic and cyclic behavior of interface between structure and coarse grained soil. A new model framework was presented and as a result the formulation and parametes determination of the model were set up based on the constitutive rules from test results. The monotonic and cyclic shear tests of the interface under various normal boundary conditions were conducted and also predicted with EPDI model. The predicted results were in good agreement with the test results. Thus, the effectiveness of EPDI model was confirmed to reasonably describe the fundamental behaviors of the interface, including coupling of shear and volumetric strains, evolution of physical state, aeolotropy of response, and influence of normal stress.Key words: interface; constitutive relationship; model; damage; elasto-plasticity; test0 前 言在土体与结构物静动力相互作用分析中，土与结构接触面的静动力本构模型占有重要地位。
