基于扰动状态理论非线性弹性模型研究

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1、基于扰动状态理论的非线性弹性模型研究[关键词]扰动状态理论；扰动函数；非线性弹性模型[摘要]在工程施工过程中，不可避免地会对土体产生扰动，使得土体性状不断发生变化。显然用天然状态下的原状土的物理力学特性来描述受施工扰动影响的土体性状是不合理的。本文在前人的研究基础上，基于扰动状态概念理论(DisturbedStateConcept,缩写为DSC)，以砂土相对密实度为扰动参量，对Duncan-Chang模型中影响显著的参数K和峰值强度(或参数M)进行了修正，进而建立了砂土扰动函数。最后，建立了基于DSC理论的改进Dun

2、can-Chang模型。改进的Duncan-Chang模型涵盖了砂土物理参数对砂土性状的贡献，可以在很大程度上反映土体强度和变形的本质。因此，基于DSC理论的改进Duncan-Chang模型具有较为广泛的应用前景。[中图分类号]TU431[文献标识码]A[文章编号]StudyonNonlinearElasticConstitutiveModelsBasedonDisturbedStateConceptTheoryKeywords：disturbedstateconcept；disturbedfunction；nonl

3、inearelasticmodelAbstract：Theinevitabledisturbanceofsoilwithinconstructionswillchangethepropertyofsoil.Obviously,usingthephysicalandmechanicalpropertyofsoilundernaturalstatetodescribethedisturbedsoilisunreasonable.TheresearchthatbasedontheDSCtheory(DisturbedSta

4、teConcept)usedtherelativedensityDrtomodifytheparameterKandpeakintensity(orparameterM)whichweresignificantinDuncan-Changmodelandthenestablishedthefunctionfordisturbedsandysoil.Finally,themodifiedDuncan-ChangmodelbasedonDSCtheoryisestablished.ThemodifiedDuncan-Ch

5、angmodelwhichconsideredtheeffectofphysicalparameterDrofsandsoilcantoalargeextentreflectthenaturalstrengthanddeformationofsoil.Therefore,theprospectofmodifiedDuncan-Changmodeliswider.1引言------------------------------[基金项目]南昌航空大学研究生创新基金项目“盾构隧道施工扰动影响预测及控制技术研究”(YC2

6、010016)[作者简介]×××，主要研究方向：隧道及地下工程。21世纪是人类开发利用地下空间的时代[1,2]，土力学等相关问题的发展将极大影响着人类对地下空间开发利用的程度。随着城市建设的发展，城市建筑物越来越密集，地下环境也越来越复杂，给地下工程施工带来了严峻的挑战。施工不可避免地对周围土体产生扰动影响，同时也引起诸多土工环境问题，因而，对施工扰动的研究显得越来越重要。由于施工扰动的方式是千变万化、错综复杂，且施工扰动对周围土体工程性质的影响程度和扰动范围也各不相同。通常测定的力学参数只能反映土体在特定状态下的性

7、状，无法描述其在工程施工全过程中的动态变化。研究表明:基坑、隧道等工程事故的主要原因之一就是对受扰动土的性质以及对施工中土-结构共同作用的发展过程认识不足，简单利用传统土力学的理论与方法，用天然状态下的原状土的物理力学特性来描述受施工扰动影响的土体性状，从而造成许多岩土工程的失稳与破坏，给工程建设与周围环境带来很大危害[3]。准确预测工程施工过程中土体的强度和变形特性，关键是要建立合理的本构模型。然而，现有的本构模型很大程度上仅仅反映了土体力学性状，没有涉及土体物理性质，而且相应的模型参数往往变化很大。许多学者对土体

8、扰动理论进行了研究：孙钧等[4]对软土受施工扰动的诸因素进行了系统研究；张庆贺等[5,6]探讨了盾构推进引起的周围土体扰动破坏机制；张孟喜等[7]则通过现场试验对受强夯扰动的黄土的工程特性进行了系统研究，并划分了不同的扰动区；王景春等[8,9]基于扰动状态理论，对施工扰动状态下土体性状进行了研究。因此，不论从理论发展上，还是从实际工程需求上来看