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從今天開始我們微信公眾號(hào)連載馬老師的《巖土·月半》特輯 GTS NX在高邊坡工程中的應(yīng)用從入門到精通，難得的好資料,，馬老師親自手打,，是我們的福氣啊！ 馬老師 MIDASIT技術(shù)中心金牌講師 巖土月半“二小姐”,，講師經(jīng)驗(yàn)4年,，北京交通大學(xué)巖土工程碩士，負(fù)責(zé)《巖土月半》網(wǎng)絡(luò)課堂,，MIDAS官方全國(guó)巖土群技術(shù)支持,，全國(guó)巖土大客戶技術(shù)支持、培訓(xùn)等工作,，參與編寫MIDAS巖土用戶手冊(cè)等技術(shù)資料,。 3.邊坡工程中的本構(gòu)和單元3.1 各向同性材料3.1.1 彈性、Von-Mises彈性材料在卸載后回到最初的狀態(tài),，不產(chǎn)生任何的永久變形,。鋼筋混凝土材料，或只關(guān)注彈性變形的巖土材料通常使用彈性本構(gòu)進(jìn)行分析,。該本構(gòu)模型參數(shù)簡(jiǎn)單,，并且容易獲得，不再贅述,。 Von-Mises模型主要用于定義與鋼材性質(zhì)接近的延性行為,，也即剪應(yīng)力達(dá)到臨界值即發(fā)生屈服破壞，通常用于桁架,、植入式桁架及梁?jiǎn)卧?，也可用于模擬鋼材制作的錨桿、土釘及鋼管樁等,。 在用于土質(zhì)材料時(shí),，Von-Mises準(zhǔn)則不考慮靜水壓的影響，并且其抗壓和抗拉屈服應(yīng)力相同,。 圖83 屈服面形狀 順手科普,，任意點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，在主應(yīng)力空間中可分解為兩個(gè)分量：靜水壓和偏應(yīng)力,，靜水壓力造成巖土體體積的改變,，偏應(yīng)力造成巖土體的形狀改變，體積的均勻改變通常不會(huì)引起破壞,，因此通常對(duì)巖土體造成破壞的是偏應(yīng)力,，（聯(lián)想三軸試驗(yàn)，為什么關(guān)注的通常是）但體積的改變會(huì)影響形狀的改變（聯(lián)想三軸試驗(yàn),，為什么的大小會(huì)影響土體能夠承受的的大小,，微笑臉）。 圖84 應(yīng)力張量 對(duì)Von-Mises本構(gòu)來說,，忽略了靜水壓的影響,，相當(dāng)于忽略了體積改變對(duì)形狀改變的影響，因此，在使用上具有一定的局限性,，工程師在使用時(shí)只要充分理解每個(gè)本構(gòu)的特點(diǎn)和適用性,，靈活應(yīng)用即可。 3.1.1 摩爾-庫(kù)倫（M-C）和德魯克-普拉格（D-P）摩爾-庫(kù)倫本構(gòu)屬于理想彈塑性本構(gòu),，如下圖所示,。相較于彈性本構(gòu)，多了屈服點(diǎn)的設(shè)置,，彈性階段也是有限的,，這種行為特性對(duì)于一般的巖土非線性分析是充分可靠的，因此廣泛適用于大部分巖土材料,。 圖85 應(yīng)力-應(yīng)變曲線 對(duì)于巖土材料Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則有兩個(gè)缺點(diǎn)。第一,，中間主應(yīng)力不影響屈服,，這個(gè)假設(shè)與實(shí)際的土體試驗(yàn)結(jié)果矛盾。第二,，莫爾圓的子午線和破壞包絡(luò)線是直線,，強(qiáng)度參數(shù)（摩擦角）不會(huì)隨著圍壓（或者靜水壓力）改變。這個(gè)準(zhǔn)則在圍壓有限的范圍內(nèi)是正確的,，但是,，當(dāng)真實(shí)范圍過小或過大時(shí)準(zhǔn)確度會(huì)降低。 M-C本構(gòu)由于參數(shù)簡(jiǎn)單,，且結(jié)果準(zhǔn)確度高,，在巖土工程有限元分析中被廣泛應(yīng)用，尤其適合工程項(xiàng)目的初步分析,。 邊坡工程的項(xiàng)目特點(diǎn),，輕本構(gòu)，重強(qiáng)度,，摩爾-庫(kù)倫本構(gòu)的強(qiáng)度參數(shù)因?yàn)榍逦胰菀撰@得,，且邊坡工程的有限元分析方法—強(qiáng)度折減法和應(yīng)力極限平衡法都支持該本構(gòu)，因此,，一般在邊坡工程中,，摩爾庫(kù)倫-本構(gòu)的使用最為普遍。 M-C本構(gòu)的參數(shù)如下表： 表1. M-C參數(shù)表
德魯克-普拉格材料模型也經(jīng)常用于基坑和隧道的分析中,，由于其參數(shù)與摩爾庫(kù)倫一致，但數(shù)值計(jì)算性比摩爾庫(kù)倫好,，因此應(yīng)用也非常普遍,。 圖86 M-C屈服面和D-P屈服面 小技巧： 由于摩爾庫(kù)倫本構(gòu)的屈服面存在角點(diǎn)，自身帶有數(shù)值求解的不收斂性,。而邊坡的強(qiáng)度折減法分析時(shí),，邊坡的破壞也已不收斂為輸出結(jié)果的條件，因此在使用該本構(gòu)進(jìn)行分析時(shí),，需要工程師判別,，計(jì)算的不收斂究竟是本構(gòu)自身的不收斂性造成的，還是確切是因?yàn)檫吰碌钠茐脑斐傻摹?/strong> 分享一個(gè)很簡(jiǎn)單的判斷方法,，同一個(gè)模型,，在不做任何修改的情況下計(jì)算2次以上，根據(jù)程序輸出的結(jié)果來判斷,，如果每次輸出的結(jié)果皆不同,，且有較大的差異,，則可基本判斷，結(jié)果的輸出是因?yàn)楸緲?gòu)的不收斂性造成的,。反之,，如果每次計(jì)算輸出的結(jié)果相同，則可基本斷定,，強(qiáng)度折減確已進(jìn)行到邊坡破壞,，結(jié)果的輸出是因?yàn)檫吰缕茐脑斐傻牟皇諗浚f明分析已經(jīng)完成,。 |
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