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岩土体本构模型及适用条件0引言岩土材料的本构理论是现代岩土力学的基础。
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。
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。
采用数值方法分析岩土工程问题时，关键技术就是模拟岩土介质的本构响应。
作为天然材料的岩土是由固体颗粒、水、空气组成的三相介质，具有弹性、塑性、粘性以及非线性、剪胀性、磁滞性、各向异性等性状，其应力—应变关系非常复杂。
自Roscoe等创建Cam- clay模型至今，已出现数百个本构模型，得到工程界普遍认可的却极少，严格地说还没有。
事实上，试图建立能反映各类岩土工程问题的理想本构模型是困难的，甚至是不可能的。
另一方面，岩土介质具有各向异性特征早已为人们熟知，但对其开展深入研究却很少。
同时，随着人类工程活动范围和规模的扩大，对岩土的渗透特性与水力耦合作用的研究显得尤为紧迫。
因此开展考虑各向异性和渗流—应力耦合作用的岩土本构模型的研究具有重要的理论价值和实际工程应用背景。
1传统的岩土本构模型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。
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。
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。
万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据考虑土体剪胀性和应变软化性的K-G模型作者：孙陶， 高希章， SUN Tao， GAO Xi-zhang作者单位：四川省水利水电勘测设计研究院,成都,610072刊名：岩土力学英文刊名：ROCK AND SOIL MECHANICS年，卷(期)：2005，26(9)被引用次数：5次1.黄文熙土的工程性质 19832.钱家欢.殷宗泽土工原理与计算 19963.屈智炯土的塑性力学 19874.Kondner R L Hyperbolic stress-strain response.cohesive soils 19635.Duncan.J M Chang C Y Nonlinear analysis of stress and strain in soils 19706.高莲士.宋文晶非线性解耦K-G模型及其特点 20011.学位论文吴良平粗粒土组构试验研究2007粗粒土作为高土石坝等工程的主要填筑材料，其力学特性是土木工程和水利水电工程的一项重要研究课题。
然而，粗粒土尺寸大，具有离散特征，其力学特性不同于一般的砂土和粘性土等。
其力学特性难以用现有的连续体力学理论予以解释，本文希望通过粗粒土微观组构（microfabric）规律来解释粗粒土的各种力学特性的机理，从而为建立粗粒土的基于微观组构的本构模型奠定基础。
<br> 本文回顾总结了现有粗粒土的研究成果，其力学特性包括级配相似特性、流变特性、湿化变形、剪胀性等。
本文通过对两种典型粗粒土室内大三轴试验得到了其力学特性规律，并比较了这两种典型粗粒土的力学特性异同点。
<br> 为了说明组构要素对粗粒土力学特性的影响，本文用理想的球形玻璃材料来模拟粗粒土，用其做三轴试验。
试验结果表明，这种理想的球形玻璃材料其应力应变关系符合完全理想弹塑性模型，其轴向变形与体积变形也符合线性关系。
试验结果与一般粗粒土的力学特性存较大差别。
《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。
天然软粘土屈服性状的试验研究与本构模拟
柳艳华;谢永利
【期刊名称】《建筑科学与工程学报》
【年(卷),期】2014(000)003
【摘要】为研究结构性及各向异性对天然软粘土屈服特性的影响，对上海软粘土进行了一系列相关试验，包括一维固结试验、三轴不排水剪切试验以及三轴排水应力路径剪切试验；同时在单面边界面模型框架内，引入考虑结构性及各向异性影响的内变量，建立本构方程。
通过对边界面与传统屈服面模型计算结果的对比，证明了边界面模型在模拟天然软粘土屈服性状上具有一定的优势；通过对天然软粘土各种屈服试验结果的模拟，验证了模型的合理性。
结果表明：修正后的边界面模型可以更有效地反映天然软粘土的变形特性。
【总页数】7页(P72-78)
【作者】柳艳华;谢永利
【作者单位】长安大学公路学院，陕西西安 710064;长安大学公路学院，陕西西安 710064
【正文语种】中文
【中图分类】TU441.3
【相关文献】
1.软粘土中超长钻孔灌注桩受力性状试验研究 [J], 俞亚南;宋连峰;颜安平
2.软粘土中超长钻孔灌注桩受力性状试验研究 [J], 俞亚南;颜安平
3.波浪作用下海底软粘土力学性状的离心模型试验研究 [J], 闫澍旺;丘长林;孙宝仓;章为民
4.软粘土隧道施工模拟本构模型选用及对比分析 [J], 黄勇;刘健
5.减P路径下饱和软粘土应力应变性状的试验研究 [J], 张荣堂;陈守义
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土体双屈服面模型的塑性功方程
施维成;朱俊高
【期刊名称】《武汉大学学报：工学版》
【年(卷),期】2008(41)3
【摘要】根据双屈服面模型的概念,塑性应变增量可以看成是2个分部塑性应变增量的合成.作者通过研究,指出塑性功也可以看成是有效应力分别在2个分部塑性应变增量上进行的塑性功分量的合成;使用热力学方法,将每个塑性功分量都转化为自由能增量和耗散能2个部分,因此双屈服面模型的塑性功方程由4个能量分量组成,通过合理确定或假定用分部塑性应变增量表示的塑性功方程就可以得到双屈服面模型的屈服面方程.以改进的椭圆-抛物双屈服面模型为例,认为塑性功方程由体积硬化引起的自由能增量和耗散能以及剪切硬化引起的自由能增量和耗散能4个能量分量组成,从2个屈服面方程推导了用分部塑性应变增量表示的塑性功方程,对塑性功方程反映的能量转化关系进行了分析,将自由能释放解释为剪胀时的能量来源,并从该塑性功方程推导出双屈服面模型的2个屈服面方程.
【总页数】5页(P77-81)
【关键词】热力学;能量转化;塑性功方程;弹塑性;双屈服面
【作者】施维成;朱俊高
【作者单位】河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】S152;TU43
【相关文献】
1.基于沈珠江双屈服面模型理论的土体弹塑性模型 [J], 沈广军
2.修正塑性功硬化参数双屈服面模型在上海软土基坑开挖中的应用 [J], 马险峰;徐良义;刘畅;田小芳
3.基于广义塑性力学的土体次加载面循环塑性模型(Ⅱ):本构方程与验证 [J], 孔亮;郑颖人;姚仰平
4.一个基于广义塑性力学的土体三屈服面模型 [J], 孔亮;郑颖人;王燕昌
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中密实砂土的三剪统一剪胀性本构模型及ABAQUS的二次开发剪胀性是砂土的最基本、最重要的性质之一,研究剪胀性的砂土本构模型有一定的研究意义。
本文的主要内容就是同时考虑剪胀性与三剪统一屈服准则。
以修正剑桥模型为基础,考虑中密实砂土的剪胀性对剑桥模型的修正,同时依据三剪统一强度理论来进一步修正破坏应力比,屈服方程,硬化参量等。
之后依据力学原理,推导出新模型的弹塑性刚度矩阵就可以推导出一个基于三剪统一强度理论并且包含砂土性质的新本构模型。
以江西南昌地区砂土作为研究对象本文对研究对象进行了大量的三轴试验,着重进行了固结不排水三轴试验以及固结排水三轴试验。
实验结果不仅能体现南昌地区砂土的特点,同时还能够验证新模型的部分正确性。
介绍了利用ABAQUS用户自定义材料子程序接口(UMAT),使用Fortran语言编写出了砂土的三剪统一剪胀性本构模型的有限元子程序,模拟了三轴试验在不同排水条件下的应力应变等曲线。
将模拟结果与试验数据进行对比,再次验证新模型的使用性。
利用二次开发后的ABAQUS软件进行真三轴模拟试验讨论中主应力影响系数b的影响。
在不排水条件下,随着中主应力影响系数增加,峰值应力会有小幅度的增加。
但影响不大。
而在排水条件下,应力应变曲线变化阶段的增长速率会随着中主应力影响系数b的增加而更快,然而在稳定时变化不大。
第二章 习题与思考题17、在邓肯-张的非线性双曲线模型中，参数a 、b 、i E 、t E 、13-ult σσ（）以及f R 各代表什么意思？答：参数i E 代表三轴试验中的起始变形模量，a 代表i E 的倒数；ult )(31σσ-代表双曲线的渐近线对应的极限偏差应力，b 代表ult )(31σσ-的倒数；t E 为切线变形模量；f R 为破坏比。
18、饱和粘土的常规三轴固结不排水实验的应力应变关系可以用双曲线模拟，是否可以用这种实验确定邓肯-张模型的参数？这时泊松比ν为多少？这种模型用于什么情况的土工数值分析？答：可以，这时ν=0.49，,用以确定总应力分析时候的邓肯-张模型的参数。
19、是否可以用饱和粘土的常规三轴固结不排水试验来直接确定用有效应力表示的邓肯-张模型的参数？对于有效应力，上述的131()/d d σσε-是否就是土的切线模量t E ？用有效应力的广义胡克定律来推导131()/d d σσε-的表达式。
答：不能用饱和粘土的常规三轴固结不排水试验来直接确定用有效应力表示的邓肯-张模型的参数；在有效应力分析时，邓肯-张模型中的131()/d d σσε-不再是土的切线模量，而需做以下修正：131()/=1-(1-2)t t E d d A σσευ- 具体推导如下：'''11231231231231=[-(d +d )]1=[(-du)-(d +d -2du)]1=[(-du)-(d +d )-2du)]1=[-(d +d )-(1-2)du)]d d Ed E d Ed Eεσυσσσυσσσυσσυσυσσυ又由于23=d =0d σσ；且B=1.0时，13=(-)u A σσ∆，则：13=(-)du Ad σσ，代入上式，可得：1313131=[d(-)-(1-2)Ad(-)]1=[1-(1-2)A]d(-)d E Eεσσυσσυσσ 可知131(-)=1-(1-2)t t d E d A σσευ 20、土的3σ为常数的平面应变试验及平均主应力为常数的三轴压缩试验（1σ增加的同时，3σ相应的减少，保持平均主应力p 不变）、减压的三轴伸长试验（围压1σ保持不变，轴向应力3σ不断减少）的应力应变关系曲线都接近双曲线，是否可以用这些曲线的切线斜率131(-)/d d σσε直接确定切线模量t E ？用广义胡克定律推导这些试验的131(-)/d d σσε表达式。
