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1、第19卷第1期湖北工学院学报2004年2月Vol.19No.1JournalofHubeiPolytechnicUniversityFeb.2004[文章编号]1003-4684(2004)02-0013-04对修正剑桥模型的认识及试验模拟姚甫昌,谢红建,何世秀(湖北工学院土木工程系,湖北武汉430068)[摘要]通过普通三轴固结不排水剪切试验获取修正剑桥模型的参数,用MSC.MARC软件进行考虑水土耦合和不考虑水土耦合的三轴排水试验的模拟,并对模拟的试验结果与室内试验进行比较,验证了MARC软件的水土模拟能力.[关键词]修正剑桥模型;模型
2、参数;三轴剪切试验;MARC;有限元模拟[中图分类号]TU457[文献标识码]:A由于影响土体的本构关系的因素很多,对于具关系,且不随应力路径而发生变化(这是通过p为常体的土工问题,建立能考虑影响土体的应力应变关数的试验、固结排水试验和固结不排水试验,得出的系,在参数处理和计算方法选择及优化上又不复杂试验破坏结果在p-q上的投影点连线斜率相等推导的简化模型,是一种可行的办法.如应用于砂土的邓得出的),这个面叫作边界状态面.它可以看作由无肯-张模型,应用于粘土的修正剑桥模型,动力分析数条不同应力比(p/q)的正常压缩曲线组成的.剑中的SEED
3、模型.在不同的工况条件下,其应力应变桥模型在e-p-q空间坐标的图形如图1.关系也不同.譬如室内试验的固结不排水和固结排水试验,因固结排水试验需较长的时间,一般用固结不排水试验的有效凝聚力和有效内摩擦角代替固结排水试验的相应值,但仍不能确定后者的应力应变关系.笔者在室内试验的基础上,推导修正剑桥模型的主要参数,利用有限元计算软件MARC来模拟固结排水试验,考虑只计算应力场及计算应力场和渗流场耦合(BIOT固结理论)两种情况,并对模拟结果进行分析,论证了模拟的可行性.图1中ACEF就是状态边界面的一部分,AC线是在R1=R2=R3(即q=0)
4、时的e-p曲线,即为1关于剑桥模型原始三向等压力固结线,简称为VICL线,而EF线是q为最大值各点的连线,称为临界状态线,简称为剑桥模型是英国剑桥大学的Roscoe和BurlandCSL线,它在p-q平面上的投影是通过原点的一条根据正常固结粘土和弱超固结粘土的三轴试验,采R1直线:q=Mp,对于正常压密粘土,考虑到=R3用状态边界面的概念,由塑性理论的流动法则和塑1+sinUc6sinUc性势理论,采用简单曲线配合法,建立塑性与硬化定,可得到M=,EF线在e-p曲线1-sinUc3-sinUc律的函数.它考虑了静水压力屈服特性、压硬性、剪上
5、的投影为e=ea-Klnp,而AC和EF之间为一系缩性,但破坏面有尖角,该点的塑性应变方向不易确列的不同应力比的曲线,将这些曲线绘制在e-lnp平定.其假定的弹性墙内加载仍会产生塑性变形.面上,就构成了斜率均为K的直线.同理,当正常固试验证明,对于正常固结粘土和弱固结的饱和结压缩状态卸荷时,可得到不同应力比的回弹曲线,重塑粘土,孔隙比e与外力p,q之间存在有唯一的膨胀曲线在e-lnp平面上的投影时一系列的斜率为[收稿日期]2003-10-02[作者简介]姚甫昌(1942-),男,江苏无锡人,湖北工学院教授,研究方向:建筑施工管理.14湖北工
6、学院学报2004年第1期k的平行直线.从正常压缩状态卸荷,状态边界面为常体积下变形.该模型的参数较少,有M,K,k,可通[2-3]与q无关的铅直面,称为弹性墙,弹性墙与状态面有过以下试验获得.一交线,该交线在p-q平面上的投影曲线称为屈服1)静水压力试验:确定弹性体积模量系数,屈轨迹,其方程为屈服函数.服应力,土体的初始和再压缩率.1.1修正剑桥模型的推导2)剪切盒试验:确定土体的临界状态线和体积土体在p,q应力作用下会发生体应变dEv及剪模量,然而,该试验必须靠一定的数值模拟来进行校切应变dEs,则能量的增量形式正.**dw=pdEv+q
7、dEs=3)三轴剪切试验:可以避免以上两个试验而获p(dEpepe得以上的参数,目前应用最广泛.v+dEv)+q(dEs+dEs).(1)剑桥模型推导时作了三个假设[1].利用常规三轴试验的常压力、固结不排水和固1)假定土体在p,q应力作用下的弹性体积应结排水进行试验.常压力试验保持有效应力不变(p变增量dEe1cccv可以从三向等压固结试验的回弹曲线求=(R1+R2+R3)为常数),采用一系列的p值进行3得:由e-ek+klnp=0可得,试验,作出q-E1和Ev-E1曲线.固结排水试验在排水ekde=-dp,阶段孔隙水压力为零,有效应力不
8、停地增加,采用一pe系列的p值进行试验,作出q-E1和Ev-E1曲线.固结edekdp又dEv=-=.(2)1+e1+ep不排水试验在剪切阶段,体积保持不变,孔隙水压力pkdp不
