本构模型是指用于表示岩土介质材料的本构关系的物理模型。因通常由弹簧、黏壶和滑块等实体元件组成而得名。按性质可分为弹性模型、刚塑性模型、弹塑性模型、黏弹性模型、黏塑性模型和弹黏塑性模型。与之相应的性质常由模型参数表示。弹塑性模型反映材料的塑性变形。可分为弹性阶段,此处为线性关系;屈服阶段,分为上屈服极限和下屈服极限;塑形流动阶段,流动阶段可长可短,和材料有关。该模型可以较好地描述混凝土应力一应变下降段(软化)曲线,建立了应变空间的塑性本构关系,并构造了不同的混凝土应变松弛面(相对于应力空间的破坏包络面)和相应的势能函数,以反映混凝土卸载的残余应变、刚度退化等特性。
自从Roscoe 与他的同事提出剑桥模型,开创了土的增量弹塑性本构模型的先河。随后各国学者提出了上百种土的弹塑性本构模型,包括单一屈服面、双屈服面及多屈服面的模型。其主要特点是首先假设屈服面:有人基于土是摩擦材料这一认识,将屈服轨迹假设为一组直线或者是微弯的射线,在三维应力空间就是一组锥形屈服面;也有人看到在各向等压下土的明显的不可恢复的塑性体应变,而假设一组帽子屈服面,例如 Drucker 等就提出在 Mohr-Coulomb 锥形屈服面上再加上一组硬化帽形屈服面;还有人假设土同时具有这两组屈服面,建立了双重屈服面弹塑性模型或者综合两种情况的普遍形式的屈服面1。
研究方法微元分析在弹塑性力学问题中,为了根据已知量求出未知量,必须建立它们之间的关系,即确立基本方程。在材料力学中,求物体中的内力常采用截面法,即假想将物体剖开,取截面一边的部分物体作为脱离体,利用平衡条件以求得截面上的内力。截面法也是弹塑性力学方法中的一部分,但是更为基本的方法是微元分析法,即假想物体由无数个微分六面体(在内部)和无数个微分四面体(在边界处)所组成,取微元体进行分析以建立基本方程。例如,考虑微元体的平衡,可写出一组平衡微分方程和应力边界条件。在弹塑性力学中,应力数总是超出平衡方程数,因此问题是超静定的,必须考虑变形条件。一般地说,求解弹塑性力学问题须综合考虑平衡微分方程、几何方程、本构方程以及边界条件,它们统称为微分方程。这样,微元分析使问题归 结为求解微分方程。
求解方法弹塑性力学微分方程的求解方法可分为解析方法、近似方法和试验方法。解析方法就是直接求解微分方程组的某种综合形式。对于大多数实际问题,由于结构材料的非线性、几何形状不规则、边界条件复杂等原因,要得到解析解通常是困难的,甚至是不可能的。为了克服解析法的困难,提出了多种近似方法,例如变分法、有限差分法、有限单元法等。它们都属于数值方法,其基本思路是将问题离散化,使无限自由度问题变成有限自由度问题,从而得出近似解答。例如,有限差分法是将微分方程 离散为差分方程,得到问题求解的代数方程组;有限单元法则是把结构离散化,最后也归结为求解代数方程组。无论何种离散化方法,都包含着这样一种近似:当离散变量的数目逐渐增加时,离散系统如所期望的那样逼近于真实解。结构试验(包括结构模型试验和实际结构试验)不同于材料试验,它是直接求解弹塑性力学问题的试验方法。这种试验对于无法求得解析解的复杂结构具 有重要意义,而且试验结果还可以作为检验数值结果可靠性的依据。
岩土工程岩土工程是查明地质条件、提供地质资料,决定土建地下结构 (地基)设计方案和施工方法,融勘察和设计为一体的综合技术的总称。勘察 查明和研究与工程建设地下结构有关的地质条件。岩土工程勘察的目的是为工程建设场地进行地质评价,为地下结构的设计与施工提供资料,以及必要时评定岩土工程施工质量。其中心理论是工程地质学、岩土力学、土力学、结构力学、地基基础工程学和其他地下结构工程学的有关部分。岩土条件的评价准则主要采用以概率统计理论为基础的安全度原则。工作内容 主要包括:①提供建设场地的区域地震地质资料,如提供地震设防烈度,地面地震加速度,场地地震反映谱等地震动力参数,评价地基的抗震特性,如砂土液化、震陷、地裂缝等;②研究建设地段的地貌成因特别是,不良物理地质现象的发育情况和潜在因素,如滑坡、岩溶、湿陷、崩塌、地面沉降、采空区塌陷、地基土涨缩等,评价场地的地质稳定性,提出治理建议;③查明地层分布及岩土物理力学性质,如地基承载力、抗滑和抗剪强度、岩土压力、基坑排水渗透系数、围岩稳定性,以及各种特殊岩土特性等;④配合设计方案进行模拟的或者十足尺寸的岩土工程试验;⑤对岩土结构施工中及完成后进行质量检测。
技术手段
主要包括:井槽探,钻探,采取岩、土、水试样在试验室用仪器对试样进行分析试验,在现场进行岩土原始位置测试,如标准贯入试验、动力触探、静力触探、旁压试验、载荷试验等原位试验,试坑或钻孔抽水、注水或压水试验,物理勘探,以及在利用应力应变理论和弹性波传播理论基础上的岩土结构的承载力测试、应力分布测试及质量测试等。
工作深度和研究重点
根据工程设计阶段有所区别。在工程的规划与可行性研究阶段,工作重点是场地地震条件和地质概括条件评价。在初步设计和施工图设计阶段,为满足设计对岩土条件与确定基础方案的需要,对具体工程项目地段逐步提高勘察的详细程度,查明地层分布和岩土性质,并进行相应的方案试验;初勘和地基方案试验对应初步设计,详勘对应施工图设计。地质条件复杂的工程或施工时发现资料与实际不符,需配合进行施工地质勘察或进行补勘。
地基:承受建筑和设备荷重的天然或人工处理后的地层,以及其它与地层起着共同作用的地下结构部分。地基设计需满足以下两个基本条件:①作用于地基的荷载不超过地基的承载力标准值,保证地基不发生整体破坏;②基础沉降不超过容许值,保证建筑物和设备不因地基变形而损坏或影响其正常使用。当地基条件较好时,应优先采用天然地基。对不同容量机组,主要地基土受力层的最低承载力标准值按电力行业标准规定取值。当地基土主要受力层的地基承载力标准值不能满足规定要求或地基条件比较复杂时,需采用人工地基(见地基处理)。
科普中国公众号
科普中国微博

帮助
