湿地软土邓肯_张模型有限元计算参数的确定

基于三轴试验的邓肯—张模型参数的确定方法李萼怀;管为华【摘要】Through inducing Duncan-Chang hyperbolic model,the paper obtains the relationship among material parameters.By analyzing triaxial test data,it determines parameters of Duncan-Chang hyperbolic model,which has provided kind of thought for inducing Duncan-Chang model.%通过对邓肯—张双曲线型模型的推导,获取材料参数之间的关系,通过三轴试验数据的分析,确定邓肯—张双曲线模型的参数,为邓肯—张双曲线模型的推导提供了一种思路。

【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2012(038)002【总页数】2页(P60-61)【关键词】邓肯—张模型;材料参数;三轴试验【作者】李萼怀;管为华【作者单位】中电投云南国际电力投资有限公司,云南昆明650224;中电投云南国际电力投资有限公司,云南昆明650224【正文语种】中文【中图分类】TU411目前土体的应力和应变分析中，主要有双曲线模型、流变模型、弹塑性模型等，在工程中广泛采用双曲线模型。

该模型理论成熟，应用简便，有较多的实践经验可供参考。

1 双曲线型模型简介［1］图1 双曲线应力应变关系双曲线模型是把三轴压缩试验所得到的应力应变关系近似地认为是双曲线，如图1a)所示。

即在试样的周围压力σ3不变时:其中，a为初始切线模量Ei的倒数;b为主应力差渐近值(σ1－σ3)的倒数;εa为轴向应变。

如果将图1a)的纵轴改为，则双曲线变为直线，如图1b)所示。

从该直线上很容易确定a和b的数值，得到σ3为某一值时的Ei和(σ1－σ3)u。

式(1)可改写为:其中，(σ1－σ3)f为试样破坏时的主应力差;Rf为破坏比，其值小于1，其定义如下:式(2)对轴向应变εa求导数，得到曲线上任一点的切线模量为:式(2)可改写为:由式(4)，式(5)得到:其中，s为应力水平，即实际主应力差与破坏时主应力差的比值，反映抗剪强度发挥的程度根据压缩试验研究，初始切线模量Ei与固结压力σ3的关系可表示如下:其中，k，n均为由试验确定的参数，可从Ei与σ3的关系求得，如图2所示，k 值反映材料的可压缩性;Pa为大气压力，单位与Ei相同，以便使k值成为无因次的数，一般取其近似值为0.1 MPa。

基于有限元法的E-K模型参数敏感性分析龚羊庆;吴海真;黄英【摘要】模型参数的确定是数值分析过程中的重要环节,合理把握参数的选取原则,可大大提高结构分析的可靠度以及参数反分析的计算效率.本文借助有限单元法考察了E-K模型参数变化对一个均质堤坝的位移和应力值的影响程度.通过分析明确了E-K模型中各参数对计算结果的敏感程度,同时提出了模型参数的选取原则.【期刊名称】《江西水利科技》【年(卷),期】2011(037)003【总页数】5页(P186-190)【关键词】E-K模型;参数;均质堤坝;位移;应力【作者】龚羊庆;吴海真;黄英【作者单位】江西省水利科学研究院,江西南昌330029;江西省水利科学研究院,江西南昌330029;昆明理工大学,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TU4320 引言土体力学参数的取值因其复杂的力学特性而存在较大差异。

它不仅随荷载大小而异，而且还与加载应力路径有关。

此外，土体还会发生屈服，产生不可恢复的塑性变形[1]。

诸多因素致使用土体试验参数作为计算输入参数进行数值分析时，所得结果往往与实际情况会有一定的误差，且不同程度地阻碍了数值计算在岩土工程中的应用。

针对这一情况，国内外研究工作者开始对计算理论的反演问题开展研究，力图依据在工程现场获取的信息，尤其是根据位移量测信息反演，确定各类未知参数（如弹性模量和体积模量等）。

因此，在土工计算中最棘手的问题是如何合理并切合实际地选取介质材料的物理力学参数。

邓肯—张模型在国内外广泛使用近30年，大量的试验成果表明，由于取样制样、试验仪器、试验方法、试验人员操作熟练程度、整理分析资料等诸多因素，使EK 模型中的 7 个参数（c、φ、k、n、Rf、kb、m）变化较大（其中k值可成倍甚至数量级的差别），用于计算所得结果差别也较大。

所以有必要对这些参数进行敏感性分析，以正确掌握这些参数对计算结果的影响，这将有助于把握参数的选取原则，提高结构分析的可靠度以及参数反演分析的计算效率等。

基于邓肯－张模型的软土路基沉降变形的数值模拟分析唐坤尧【摘要】针对位于沼泽地中的某高铁站软土路基采用预应力管桩加固后的工后沉降的计算，通过室内饱和土固结不排水三轴试验（CU），取得了不同围压条件下现场土试样的力学参数。

在此基础上将邓肯张模型引入 FLAC3D软件中，对某高铁站软土路基工后沉降的稳定性进行了系统数值模拟研究，分析了不同土体参数对管桩路基沉降的影响，确定了各参数敏感顺序，为分析不同软体路基工程沉降分析提供了技术支持，为今后同类工程的设计计算提供了参考。

%In order to calculate post-construction settlement of soft roadbed with prestressed pipe reinforcement in a high-speed railway station,we depended on saturated soil consolidated undrained triaxial test(CU),and got the soil mechanical parameters under different confining pressures.Based on this,we introduced the Duncan-Chang Model into FLAC3D soft-ware,and conducted a system numerical simulation of post-construction settlement of soft roadbed,then analyzed the effect of different soil parameters to pipe roadbed settlement and determined the sensitive order of each parameter.According to the study, this paper could provide technical support for settlement analysis of soft roadbed and references for similar projects in future.【期刊名称】《铁道建筑技术》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】4页(P104-107)【关键词】工后沉降;三轴试验;数值模拟;软土路基【作者】唐坤尧【作者单位】中国铁建大桥工程局集团有限公司天津 300300【正文语种】中文【中图分类】U213.157路基作为道路交通工程建设中的重点，是路面荷载的承载主体。

应用MATLAB确定邓肯－张双曲线模型中的K,n参数简介：接合承德中密砂常规三轴试验数据，介绍应用Matlab语言编写计算及绘图程序来处理试验数据的方法，可显著提高试验研究的数据处理效率和结果的可视化程度。

关键字：Matlab 三轴试验邓肯－张模型1 前言基于广义胡克定律的线弹性理论形式简单，参数少，物理意义明确，而且在工程界有广泛深厚的基础，得以应用于许多工程领域中。

早期土力学中的变形计算主要是基于线弹性理论的，只有在计算机得到迅速发展之后，非线性理论模型才得到较广泛的应用。

邓肯－张模型是建立在增量广义胡克定律基础之上的变模量的弹性模型，可以反映土变形的非线性，并在一定程度上反映土变形的弹塑性，很容易为工程界所接受，加之所用参数和材料参数不多，物理意义明确，只需用常规三轴压缩试验即可确定这些参数及材料常数适应的土类比较广，所以该模型为岩土工程界所熟知，并得到了广泛的应用，成为土的最为普及的本构模型之一。

本文主要是应用MATLAB编写计算及绘图程序来处理承德中密砂常规三轴试验数据。

2 基于MATLAB的计算过程实现现场的观测数据经过采集和整理后，按照一定的格式把数据存储在数据文件中，然后可以使用MATLAB丰富的数值运算功能可以非常容易地编制出数据处理程序，先用函数fope n()打开数据文件，fid=fopen(‘filename’,’r’)再用fscanf 函数依次从文件中读取格式化数据来完成对各变量地赋值，其使用语法为：matrix=fscanf(fid,format)。

本文由于数据不是太多，所以在计算过程中没有采取调用存储文件地形式。

直接在计算过程中输入试验数据计算。

2.1 数据的处理对第一组数据，通过编写Matlab语言，由轴向应变和应力差的试验数据可以作出～（）和～双曲线关系图形，主要用到的MATLAB命令为：plot(x1,y1)；axis([0 0.04 0 3]) ；hold on%（1）plot(x1, x1./y1)；a=polyfit(x1, x1./y1,1)；t1=0:0.001:0.07;plot(x1, x1./y1,'.',t1,a(1)*t1 +a(2))%（2）其中x1代表第一组轴向应变，x2代表第一组应力差。

研究生课程作业邓肯张模型参数计算学生姓名李俊学科专业岩土工程学号201420105614任课教师周小文教授作业提交日期2014年12月1．计算轴向应变ch h∆∑=1ε式中 1ε－轴向应变；h ∆∑－固结下沉量，由轴向位移计测得0h －土样初始高度c h —按实测固结下沉的试样高度c h ∆—试样固结下沉量2．计算按实测固结下沉的试样高度，面积：式中 Ac －按实测固结下沉的试样面积0V －土样初始体积3．计算剪切过程中试样的平均面积：式中 a A －剪切过程中平均断面积c V －按实测固结下沉的试样的体积i V ∆－排水剪中剪切时的试样体积变化 按体变管或排水管读数求得1h ∆－固结下沉量，由轴向位移计测得 3. 计算主应力差cic h V V A ∆-=01h h V V A c i c a ∆-∆-=Cc c A h V ⨯=1031⨯=-aA CR σσ 式中 31σσ- － 主应力差 1σ―大主应力 3σ－小主应力 C －测力计率定系数 R －测力计读数2 数据处理2.1 3σ=100kPa 数据初步计算当3σ=100kPa 时，各数据初步计算如表1所示。

围压100kPa 数据初步计算表 表12.1.1 由切线模量计算数据 对公式)(311σσε-=a +b 1ε进行直线拟合，如图1所示。

图11131/()~εσσε-拟合曲线 a =0.0002，1i E a==5000kPa b ==0.0028，()131ult bσσ-==263.16kPa ()13f σσ-=204.26kPa ，()()1313f fultR σσσσ-=-=0.77622.1.2 由泊松比计算数据对公式()313/f D εεε-=+-进行直线拟合，如图2所示。

图2 313/~εεε--拟合曲线f=i ν=0.2122 D=2.72972.2 3σ=200kPa 数据初步计算当3σ=200kPa 时，各数据初步计算如表2所示。

（1）根据邓肯等人总结的经验公式计算参数a 、b ：总r] +(泊~[^v\[(勺「+(勺人订5 丿95% k a i ^3 J TO % k 0!5 丿』计算得到表一如下。

表一围压(kpa)（5一。

3开（W_。

3）95%(£1)95%（5_。

3）70%(^1)70%b (5 一a3)ulta Rf100289.4274.9300233 8 2015800103 1 0 00 261 26 382.765 09E -05 0756 079300 805.8 765 51 00317 6 564 060011960 00 102 45 976 082.12E -05 0 825 549500 1323 9 1257 71 00339 7926 730 0129 20.00 062 081610.821 39E -05 0 821882对Rf 取平均值可得:又因为a 为起始变形模量§的倒数，即1r可得表二，并绘制lg （Ei/Pa ）与Ig （o3/Pa ）的试验关系图如图一所示。

表二围压(kpa)a Eilg (Ei/Pa) Ig(o3/Pa) 100 5.09E-05 19648.88458 1287299947 -0.006037955 3002.12E-054716120736 2.667556168 047108330 500 1.39E-0571728.328172.8496527540 692932049(5 -二 b(q - s )f1 E 1 aPa Pa PaR^ + Rf 2 + Rf 33 = 0.80117（6 —。

3）1讥 （^1）95% 一（“）70%2At对图一中的试验点进行拟合，得到lg (Ei/Pa)与Ig(o3/Pa)的直线关系: 尸0.8033X+2.2914.根据公式：E=5③可知K、n分别代表lg (Ei/Pa)与lg(a 3/Pa)直线的截距和斜率，故可得K=2.2914： n=0.8033oE-v 法在常规三轴试验中，轴向应变£ 1与侧向应变一£ 3之间也存在双曲线关系，经 变换之后可得如下公式：由上式知一£ 3/8 1与一£ 3为直线关系，但实际上，二者并不是严格的直线关 系，需先对试验结果进行収舍，然后选取某一区间进行拟合。

在有限元软件中开发实现Duncan-Chang本构模型的方法研
究
吴桂兰;迟守旭;李永华
【期刊名称】《水利水电工程设计》
【年(卷),期】2010(029)004
【摘要】在土石坝的有限元计算分析中,关键和难点是准确描述土石坝材料的本构关系.以AN SYS为例,提出了一种在现有有限元计算程序中开发实现Duncan-Chang材料本构模型的一般方法,并编制了相应的位移后处理程序,经实验算例和实际工程算例,结果表明:本开发工作能完成复杂土工应力应变的有限元数值分析问题,同时,具有计算精度高和前后处理快捷方便的特点,为土石坝的有限元计算开辟了另一条途径.
【总页数】4页(P8-11)
【作者】吴桂兰;迟守旭;李永华
【作者单位】中水北方勘测设计研究有限责任公司,天津,300022;中水北方勘测设计研究有限责任公司,天津,300022;吉林省龙井市水利局,吉林龙井,133400
【正文语种】中文
【中图分类】TV641
【相关文献】
1.在ABAQUS中开发实现Mortara界面循环本构模型 [J], 任宇;陈仁朋;陈云敏
2.多点激励下地震动输入模式探讨及有限元软件实现方法研究 [J], 罗宇
3.Ansys中Duncan-Chang本构模型的二次开发 [J], 李伟伟;段志东
4.Ansys中Duncan-Chang本构模型的二次开发 [J], 李伟伟;段志东;
5.在ABAQUS中开发实现Duncan-Chang本构模型 [J], 徐远杰;王观琪;李健;唐碧华
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基于邓肯—张模型的土石坝有限元分析
陈五一;韩永;刘品;寇晓强
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2008(039)008
【摘要】取坝体河床部位最大横断面为计算的典型剖面,进行了二维非线性有限元分析.坝体以及覆盖层采用了邓肯-张E-v和E-B本构模型,在混凝土盖板和心墙之间设置了无厚度GOODMAN接触单元.考虑坝体填筑和分期蓄水相结合的施工过程,分析得出了坝体(包括覆盖层、填筑区等)顺河流向水平位移、竖直沉降、应力水平、大主应力以及小主应力分布等情况,同时得出了一系列有益的现象和规律,对于同类工程的建设、实际工程的设计与施工具有一定的借鉴作用.
【总页数】4页(P60-63)
【作者】陈五一;韩永;刘品;寇晓强
【作者单位】中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川成都 610072;中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川成都 610072;河海大学,土木工程学院,江苏南京 210098;中国矿业大学力学与建筑工程学院,北京 100083;河海大学土木工程学院,江苏南京 210098
【正文语种】中文
【中图分类】TV641.2+5
【相关文献】
1.基于蛙跳优化算法的土石坝邓肯-张 E-B 模型参数反演 [J], 王琛涛
2.一种改进邓肯张模型及其在土石坝数值模拟中的应用 [J], 邵东琛
3.基于应力空间的多重势面模型及其与邓肯-张模型的比较 [J], 介玉新;刘正;杨光华;李广信
4.基于邓肯-张模型的堆石坝有限元分析 [J], 汪天飞;徐青
5.邓肯-张模型有限元分析路堤沉降实用方法 [J], 王志亮;殷宗泽;李永池
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邓肯-张EB模型参数求解的二次优化法陈立宏【摘要】邓肯-张非线性弹性模型是土石坝工程中最常用的本构模型.水利行业《土工试验规程》中根据应力水平75％和90％两点法进行计算时,得到的结果往往并不合理,有时n值还可能出现负数.一般的适线法仅仅对单个试样结果进行优化,而并不是针对整组试验结果,因此无法得到最优结果.提出了一种二步优化的参数计算方法,首先对每级围压下单个试样的试验成果采用适线法优化,得到每级围压下的参数a、b.在此基础上,计算得到参数K、n、Rf的初值.然后以邓肯-张理论为基础,根据获得的参数初值针对整组试验成果进行二次优化,以理论计算与试验的应力应变曲线差的平方和最小为目标函数,从而得到EB模型的主要参数.该方法简单实用,能够快速和准确地获得邓肯-张模型参数,并结合糯扎渡大坝堆石料三轴试验数据,对方法进行了验证.%Duncan-Chang nonlinear elastic constitutive model is the most used one in embankment dam engineering.The Specification of Soil Test in hydraulic industry proposes a computational method based on the values of two points from the stress-axial strain curve of the triaxial testing results.The stress levels of these two points are 75％ and 90％respectively.However the proposed method cannot obtain reasonable results all the times,and sometimes even the parameter n maybe negative.Curve fitting methods make some progress,but still could not gain the optimal value for the parameters because these methods only based on single sample result.A two step optimization method for acquiring the optimal values of Duncan-Chang model is presented herein.First,the traditional curve fitting method is adopted to obtain thevalues of parameters a and b under each confining pressure.Then the parameters K,n and Rf are ing these parameters as initial values,a second optimization procedure is carried out to fit all the resultsof triaxial test to gain the parameters of Duncan-Chang model,in which,the minimum square sum of the differences of stress and strain curves of theoretical calculation and experiment is taken as the objectivefunction.The method is simple and practical,and can quickly and accurately obtain the parameters of DuncanZhang model.The method is validated based on the triaxial test data of Nuozhadu Dam.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2017(043)008【总页数】5页(P52-55,75)【关键词】堆石料;邓肯-张模型;优化方法;土石坝【作者】陈立宏【作者单位】北京交通大学土建学院,北京100044【正文语种】中文【中图分类】TU413堆石料作为高土石坝工程的主体填料,其工程特性和本构模型参数一直为大家所关注。

土体邓肯—张非线性弹性模型参数反演分析近年来，随着科学技术的发展，经过精心设计的弹性模型和参数反演算法技术开始被广泛应用于土体力学中。

英国科学家邓肯（Duncan）和张（Zhang）的非线性弹性模型参数反演分析方法为土体力学研究奠定了坚实的理论基础。

线性弹性模型参数反演分析旨在研究土体的弹性本构模型，决土体的动态参数反演问题，从而更好地控制和解释土体力学行为。

首先，非线性弹性模型是一种普遍适用的土体力学模型，描述了土体的应力应变关系，其中包括受力弹性部分，恢复弹性部分和弹性非线性部分.述应力应变关系的函数可以用地质、浅层力学等参数表示。

其中包括材料参数，比如弹性模量、泊松比、抗拉强度极限等；空间参数，比如等效平面应力变化率等；时间参数，比如历史负荷重复次数等。

然后，非线性弹性参数反演分析是一种专门用于研究土体动态参数变化特性和土体弹性本构模型确定的非线性优化算法。

主要包括反演算法和参数估计算法。

演算法可以从提供的土体动态应力应变数据中恢复弹性本构参数的值，而参数估计算法则可以从实验测量数据中精确估计土体实际弹性参数的值。

此外，非线性弹性模型参数反演分析具有许多优点，到的结果有助于深入理解土体动态变化特性，有助于开发新的土体力学理论，有助于实现高精度的土体力学分析及模拟，为现有土体力学分析方法提供了更为准确的理论支撑。

最后，非线性弹性模型参数反演分析技术对土体力学研究有重要意义。

管技术刚刚起步，但有望在解决实际问题上发挥重要作用。

此，有必要加强相关技术的研究，加强详细计算，改进参数反演算法，并在非线性弹性本构分析的理论和实验研究方面进行深入挖掘，以及在实际工程中对该技术的实际应用。

综上所述，非线性弹性模型参数反演分析是一种新的、有效的土体力学分析方法，从理论和实践上都有重要意义，为土体力学研究和工程实践提供了有用的理论和技术支持。