岩土本构综述
文章编号（黑体加粗）：1000－7598－(2003) 02―0304―03（编号用Times New Roman）
饱和土本构模型研究进展
摘要：自20世纪50年代以来，随着计算机技术的发展，许多能够描述饱和土体复杂力学行为的本构模型相继被提出来，但由于模型数量较多，很多模型较为复杂，因此不被工程师们所接受。综述近60年来饱和土体静力本构和动力本构的发展情况，对每种模型进行简单的介绍，以求尽可能多的囊括近年来较为成熟的各类模型，便于工程师与科研工作者对这些模型有所了解，并能在工程中进一步完善和应用。
关键词：
中图分类号：TU 443（Times New Roman）文献标识码：A
Advance in research on constitutive model of saturated soil
Abstract: s ince 1950’s, with the development of computer science, many constitutive models were proposed to describe the complicated nature of saturated soil. However, the number of the new model is too large and many of them are not accepted by engineers. We review the development of saturated soil constitutive and soil dynamics constitutive in nearly 60 years, and introduce as many relevant maturity models briefly as possibly in order to make engineers and scientists know about these models and utilize them in real projects.
Key words:
1.引言
土作为一个自然形成的天然材料，具有复杂的物理力学性质，普遍认为用统一的土的本构模型完全模拟土的物理力学性质是十分困难的[1]，现有的模型普遍都具有局限性。土体依据颗粒大小，矿物组成等物理性质分为有粘性土与无粘性土，而两类土在力学性质上有很大的不同，尤其是其作为多孔介质材料时，与水发生相互作用，其表现出来的力学性质更是相差甚远。对于同种土不同的含水量也会影响土的力学性质。因此多年来，为了能够较细致的描述土的力学性质，人们一直在针对不同的土给出不同的力学模型，而研究对象也逐渐从饱和土到非饱和土过度。为了适应与更广泛的工程应用，统一的力学模型也是必不可少的。人们运用连续体力学，多孔介质材料力学与混合物理论，给出了土体运动和变形所要满足的各类平衡条件，为了进一步对土体的具体的力学特性进行描述，还需要建立土体的本构方程。
对于材料的本构关系的论述最早可追溯到胡克定律，而摩擦型材料需要在线性广义胡克定律的条件下，给出描述摩擦型材料力学特性的莫尔库仑准则。人们最初将土视作为摩擦型材料，因此莫尔库仑模型在很长一段时间被应用到各类岩土工程问题中，直到现在，人们仍然视莫尔库仑准则为土体的破坏准则。在计算机尚不发达的年代，莫尔库仑型理想弹塑性本构模型作为能够模拟摩擦型材料剪切特性的模型起着主导的作用。随着试验技术的发展和越来越多的高精度试验设备的开发，土体越来越多的特性被人们所了解，比如剪胀性，各向异性，结构相关性以及非饱和土的特性在近几十年受到广泛的关注。计算机的发展使得人们可以使用更为复杂的非线性本构关系来描述原本使用莫尔库仑理想弹塑性模型无法描述的土体力学特性[2]。但是许多很好的模型并没有在工程中得以应用，在进行有限元分析时存在诸多问题。本文将对过去几十年来较为成熟的饱和土体静动力本构模型的研究状况进行简单介绍，以便于更多的工程师对这些模型有所了解，并将这些模型应用于实际工程中去。
2.土体静力本构模型研究进展
土体静力本构模型建立了土体在受到静态荷载作用下应力与应变的关系，对于不同的土体，因其密度，受力状态，排水条件等的不同其表现出的应力应变关系有很大的不同[3]。因此，往往人们在建
立土体的本构关系时，会分析其适用条件。土体静力本构模型因其描述的力学特性与模型采用的假设不同，大致可以分为弹性本构模型，弹塑性本构模型，粘弹塑性本构模型，脆性模型和损伤模型等，不同的模型对土体的性质描述的侧重点不同，在采用具体的模型类型时，需要根据实际工程问题来选取。本文主要介绍相对简单并且发展较为成熟的前两类模型。
2.1非线性弹性本构模型
非线性弹性模型的共同特点是材料的弹性模型参数与应力应变水平之间有关，对线弹性的广义胡克定律进行了推广，建立增量型、全量型或者积分型的本构关系。依据基本假设的不同，又可以分为：Cauchy弹性模型、超弹性模型和亚弹性模型，相对于Cauchy弹性和超弹性模型，亚弹性模型表达式更具一般性，能够模拟材料更复杂的行为。不同类型的模型定义的应力应变关系函数也不相同。对于Cauchy弹性本构，需要定义了一个二阶张量函数，亚弹性应力应变关系为四阶张量，而超弹性需要定义一个标量势函数，因此从满足能量守恒原则的角度来说，超弹性本构符合热力学原理[4]。但是不论是Cauchy弹性，超弹性还是亚弹性，待定的材料参数都很多，而且很多参数目前还不能直接由试验给出或者需要进行大量的试验才能得出，大多数的此类模型都只停留在理论层面或者只能通过数值试验来进行参数反演，而这一过程十分复杂，并不被工程界所推崇，因此人们在处理弹性问题时会假设材料为各项同性体或者横观各向异性体来减少本构参数，产生了许多较为实用且参数容易获得的本构模型。
典型的非线性弹性本构主要有双曲线型的E-B 和E-μ模型，K-G模型以及小应变刚度模型等。K-G 模型是双线性弹性模型的拓展，模型中考虑了应力水平对模型参数的影响，假设模型参数K,G为应力水平的函数，建立增量应力应变关系。典型的K-G 模型有：Domaschuk-Valliappan模型，Naylor.模型和沈珠江模型，模型的不同之处主要是对K,G的应力水平函数的假设上。相对于K-G模型，双曲线型模型建立的是全量型应力应变关系，为了能够适应有限元分析，将其化为增量的形式。该模型最初由Kondner(1963)[5]提出，后来有Duncan进一步发展，得到著名的邓肯张模型(1970)[6]，并在工程界得到广泛的应用。由于测量手段的局限性，对于微小变形问题其处理方式在很长一段时间都是采用的线弹性假设，随着电子测量技术的提高，人们可以对微小变形进行精准的测量，并发展出一套非线性弹性本构来模拟，Jardine[7]最早提出了模量随应变水平变化的模型，其后Puzrin[8]等人对理论进行了完善，提出了微小应变区域（SSR）的概念。以上这些模型大多都是假设材料为各项同性材料，对于像土这种具有横观各向异性的材料，需要对本构关系进行调整，独立的材料参数将会增加，另外，由于上述模型都假设了主应力主应变方向一致，所以对于土体的一些特性如剪胀性不能够很好的模拟，而对于剪胀性等土体特性的模拟，将在后面弹塑性模型中加以介绍。
2.2弹塑性静力本构模型
如上面所述非线性弹性本构模型不能很好地模拟应力应变方向不一致或者状态演化等这些土体相对于金属材料更加复杂的特性，而弹塑性模型可以很好的模拟这些特性，因此近年来受到研究人员的广泛关注。传统弹塑性理论将应变分为可恢复的弹性应变与不可恢复的塑性应变，通过加卸载试验可以确定这些物理量之间的关系，随着增量塑性理论的发展，复杂的土体特性如结构性、剪胀性、各向异性、状态相关性等等都能够通过对增量塑性模型框架进行修改以得到很好的描述，许多成熟的模型涌现出来。其后内变量理论的发展促使人们逐渐弃用了弹塑性应变假设，而提出了诸多直接控制状态变化的内变量来描述更多的力学特性。
塑性本构框架需要满足一个假设，即坐标轴方向一致假设，以及三个准则，即屈服准则，流动法则，硬化准则。它们分别给出了塑性应变增量产生的条件、方向和大小。诸多的弹塑性模型之间的区别主要是采用了不同具体形式的准则，而这些准则是用来描述不同的具体问题而给出的[9]。例如，使用总应力分析法时分析土的快剪特性往往使用的屈服准则为Tresca准则，而考虑固结影响时因为要考虑固结围压对剪切强度的影响，使用Mohr-Coulomb 准则更为合适。但是许多屈服准则在应力空间中的表达式是分段表达式。这给数值分析带来了很多不便，为了处理使用分段函数带来的数值困难，Drucker与Prager于1952年提出了D-P准则[10]。其准则在应力空间中是一个与Mohr-Coulomb准则相关的圆锥，虽然这样做可以解决屈服面不光滑所带来的数值麻烦，但却不能给出不同方向强度不同的性质，所以为了更好的模拟土体的强度特性，Matsuoka和Nakai(1974)[11]以及Lade等(1977)[12]相继提出了基于Mohr-Coulomb准则又能很好的满足光滑性原则的SMP破坏准则。
关于流动法则，金属由于其塑性应变的增量方向与应力方向一致，因此往往采用关联流动法则，由于土体塑性应变发展方向并不一定与应力方向一致，采用关联流动法则并不合适。土体剪切屈服面是一个倾斜的曲面，使用关联流动法则会产生过大的剪胀，因此需要采用非关联流动法则来给出土体
塑性应变的发展方向。使用非关联流动法则时，需要假设土体存在一个塑性势，塑性应变的发展方向由塑性势面的外法线方向给出，通常认为塑性势与剪胀角有关，这样就可以有效的控制剪胀量的大小而不必受制于屈服面形状的约束。然而，土体是否真的存在塑性势仍然是一个值得争议的问题，对于各向同性不可压缩材料，Hunter(1976)证明了确实存在这样一个势函数，但是对于土体这样的可压缩材料并没有给出一个合理的证明，而对于高维问题，Vardoulakis 和Sulem(1995)也给出了相关的讨论。现在普遍认为高维情况下，仅用一个塑性势函数并不合适。
传统的适用于金属材料的应力应变分析方法不能很好地模拟土体排水与不排水特性，随着有效应力分析法的广泛应用，弹塑性本构模型使用有效应力表示。由于决定土体力学性质的状态量不仅仅有应力应变，还有土体的物理指标，比如密度、颗粒形状、沉积情况等等。20世纪50年代，针对状态变化影响土体的力学特性，人们展开了临界状态模型的研究，将土体的压缩特性与剪切特性在模型中统一起来，建立了一系列能够很好描述岩土材料力学特性的本构模型。
从硬化参量选取的角度可以将硬化规律分为应变硬化与功硬化两类，三轴状态下应变硬化更容易让人理解，因此，在描述土体的三轴状态硬化软化特性时，往往采用塑性体积应变硬化和剪切应变硬化。Drucker(1957)[13]等提出帽子屈服面的概念，将屈服与体积应变联系起来，Dimaggio和Sandler(1976)基于Drucker等人的研究提出帽盖模型，使模型能够描述体积硬化，体积硬化规律往往由固结曲线给出，剪切硬化规律则由剪应变等值面硬化规律给出。从加载路径的角度又可以将硬化规律分为等向硬化、运动硬化、混合硬化以及旋转硬化四类。对于土体排水条件下的各向同性等体压缩，采用等向硬化模型即可，而当考虑循环加卸载Bauschinger效应时，需要引入运动硬化来保证应力应变滞回的封闭性。对于K0条件下的土体压缩问题，土体会表现出拉压各向异性，屈服面在应力空间中会发生旋转，因此需要采用旋转硬化规律。
剑桥大学的Roscoe最早就正常固结土和超固结土剪胀性问题提出了著名的剑桥模型。在该模型框架中，引入比体积这一土体的状态参量，假定存在状态边界面。屈服面在临界状态的左面和右面各自给出土体不同的力学性质，当进行排水分析时，屈服面的演化由先期固结压力来控制。由于剑桥模型在偏应力等于0处存在奇异点，对数值和理论分析带来不便，因此Roscoe等人有发展了剑桥模型，提出了基于椭圆形屈服面的修正剑桥模型，其后的几十年里，人们不断地改造和发展了临界状态弹塑性模型，使之能够描述更多的土的力学行为。Tanaka(1986)[14]采用Hvorslev(1937)[15]面为干面，并采用非关联流动法则，以解决剑桥模型与修正剑桥模型计算所引起的过高的剪胀率以及过高的峰值强度。
土的各向异性可以分为土体固有的各向异性（初始各向异性）和当土体受力时, 应力不等引起的各向异性（诱发的各向异性），后者对土体力学性质影响更大[16]。Ohta(1976)[17]，Kavvadas(1982)[18]以及Sekiguchi(1977)[19]等人将模型的屈服中心移至K0线上，使得屈服面在应力空间中发生了偏转，以使模型能够模拟偏压固结时土体表现出来的诱发各向异性的特性。而后Mouratidis(1983)[20]提出了MELANIE模型，能够分析非关联流动K0固结问题，由于沿K0状态方向剪切时，使用剑桥模型计算的体积应变偏小，而使用关口太田模型计算的体积应变偏大，所以孙德安和姚仰平(2000)[21]提出了介于上述两者之间并能考虑初始各向异性的K0硬化模型。
为了能模拟屈服面内应力应变非线性。Hashicuchi(1977)[22]等人提出次加载面模型，Mroz(1978)[23]等提出出多重屈服面模型，Dafalias(1982)[24]等提出边界面模型，Pande(1982)[25]等人提出广义塑性模型，这些模型共同特点是认为边界面内存在控制应力应变非线性发展的屈服面，该屈服面与边界面存在几何相似性，Mroz的多屈服面模型需要记录大量的屈服历史，而其他模型只需要记录内面与外面的相对位置即可。Perzyna等(1963)[25]提出能够较好的描述应力应变时间关系的超应力模型来描述软土的次固结性质。Hsieh等(1990)[26]在剑桥模型中加入了时间相关项，使得其可以允许应变延迟。Rouainia和Wood(2000)[27]将时间影响项引入到边界面模型的理论框架。
土体的正常固结与次固结性质往往与其结构性的改变有关，所以许多研究者就土体结构性展开了一些列的研究。Liu和Carter(2002)[28]对修正剑桥模型进行了改造，是剑桥模型能够描述土的结构对土的力学性质的影响。通过对原状土力学性质的研究，人们认为土体的变形过程看做是由原状土经损伤向扰动土逐渐转化的过程[1]，因此可以采用损伤力学建立土体的弹塑性损伤模型来描述这一转化过程。对于土的结构性本构模型归纳来说有三种研究途径：一是微观形态学的研究，二是固体力学研究方法，三是土力学的研究方法，对于微观形态学主要考察土体变形过程中的微观结构的形态变化，利用非线性动力学方法来研究土体微结构参数与宏观连续介
力应变的关系。利用损伤力学方法来研究土的结构性，由于是基于宏观力学方法，所以相对更容易被工程界所接受，沈珠江和章为民(1988)通过定义理想原状土和完全损伤土，而真实土体介于二者之间，给出了一套适合于土体的损伤理论。Desai(1992)[29]在本构模型中引入了扰动状态的概念。Armaleh(1994)[30]等进一步发展了Desai的模型，并给出了相应的试验方法。随着组构张量概念的提出与发展，组构张量逐渐替代孔隙率而成为新的描述岩土材料密实状态以及土体结构的物理量，对于结构对土体力学性质的影响近年来许多研究者做了大量的工作，本文不做具体介绍，具体请参阅[31-36]。
增量型本构关系（尤其是非线性弹性本构）虽然能够很好的给出的应力应变关系，但很多情况下不能满足热力学基本定律，违背基本的物理守恒，因此，很多本构假设需要给出其是否满足热力学定律的验证过程。Ziegler最早将热力学方法引入到固体应力应变分析中，提出了Ziegler正交假定，并指出大多数材料满足Ziegler正交假定而不满足Druker 公设。Houlsby(1981)最先将热力学方法引入到土体本构理论中，给出了修正剑桥模型对应的自由能函数和耗散函数形式，提出耗散应力空间中屈服面的概念。其后Collins和Houlsby(1997)进一步给出了使用热力学方法构造率无关超塑性本构模型的基本框架。Houlsby 和Puzrin(2002,2003,2006)又给出了率相关超塑性本构框架，对于剪胀性，应力诱发各向异性等这些土体特有的力学特性，Collins和Muhunthan (2003)应用热力学方法分析了在耗散应力空间中描述剪胀性的剪胀角和描述各向异性的各向异性角的关系。
3.土体动力本构模型研究进展
饱和土体在动荷载作用下的应力应变关系是极其复杂的，它取决于土性条件、荷载条件、排水条件等等，与土体的静力模型一样，想要建立一个能够满足所有条件的动力本构模型是很难做到的，应当根据实际工程问题，选取主要的影响因素，建立能够反映实际问题的本构模型。
土体在动荷载作用下的变形包括弹性变形与塑性变形，对于循环应力作用是其应力应变关系具有非线性、滞回性和棘轮效应等特点。在早期进行的小变形研究时，人们会假设土为近似弹性体或粘弹性体，研究剪切模量与阻尼比的变化规律，而对于较大的变形，土体结构会发生破坏，孔压上升致使强度丧失发生液化。对饱和土体进行液化分析时，往往需要将土体视为弹塑性体。本文将重点对动力粘弹性模型与弹塑性动力本构模型进行介绍。3.1动力粘弹性本构模型
土体的动应力-动应变曲线主要由骨干曲线和滞回曲线构成，骨干曲线给出的是动应力和动应变的非线性，而滞回曲线给出了动应力和动应变的滞后性，正如前面所说，非线性和滞后性是主要的两个土体动力特性，因此人们在很长一段时间都在研究土体的动力粘弹性本构，并给出了很多实用的模型。
土体动力粘弹性本构模型的建立最早应追溯
到1968年Seed在分析土体动力非线性性质所使用
的等价线性模型，模型并没有给出骨干曲线和滞回曲线的具体表达式，而是将动力的非线性归结为模量随剪应变的衰减，将滞后性归结为阻尼比随剪应变的升高。随着粘弹性模型的发展，卸载再加载的曼辛效应逐渐引起研究者的注意，滞回效应不再是简单的使用阻尼比来控制，而是更加关心滞回曲线的形态。比如Hardin-Drnevich模型、Ramberg-Osgood 模型以及其他的组合曲线模型，一般称这类模型为Masing类模型。Pyke(1979)对Masing准则做了修正，使其能够适用于非等幅作用情况下的问题。Ishihara 等(1985)对Masing准则进行了修正，使其能够描述更大应变范围的动力性质。一般的等价粘弹性模型不能计算永久变形，因此Martin等人根据不排水孔压和排水体应变之间的关系，给出能计算永久变形的模型，除上述的基于试验数据拟合经验公式的模型外，伊万等人提出元件模型，即使用弹簧阻尼塑性元件的串并联来模拟应力应变的非线性，而土工试验作为一类特殊的边值问题来考虑。郑大同和王惠昌(1983)，引入了软化系数，使Iwan模型既能反映硬化又能反映软化，之后李小军和廖振鹏(1989) 以1wan并联模型为基础提出了一种具有粘性、弹性及塑性三种效应的应力—应变关系物理模型——粘一弹一塑性三元素模型。
动力粘弹性本构模型由于其相对简单，有大量试验数据支撑并其模型参数可由试验获得，在工程界得到广泛的认可和应用，但其仍然有很多缺陷，比如不能考虑应力路径影响，不能考虑密度变化影响以及应力诱发各相异性，其永久变形分析需要配合孔压分析，人们为此对粘弹性本构做了很多的修正，使得模型非常复杂，不利于推广。因此，动力弹塑性模型在这些方面具有优势。
3.2弹塑性动力本构模型
动力弹塑性模型相对静力弹塑性模型需要考虑动力作用下的滞回效应以及棘轮效应。传统塑性力学中往往使用运动硬化来描述应力应变滞回，即屈服中心会在应力空间中随着加卸载过程发生变化，进一步考虑运动硬化与等向硬化相结合的混合硬化[37-39]。随着临界状态土力学的发展，人们将临界
性，这样弹塑性模型便不区分静力模型还是动力模型，动力特性可以通过作用于特殊动应力路径给出的结果。
Mroz(1967)首次提出塑性模量场，其基本概念为在应力空间中存在一个边界面，边界面以内存在一些列相互嵌套但不相交的嵌套面，每个嵌套面对应一个硬化模量，这样在应力空间中便存在了一个模量场，可以描述加卸载的非线性应力应变关系以及滞回效应，之后，Mroz等人进一步发展了该模型，使其能够适用于描述排水条件下的砂土振动压密
的现象，同时可以考虑扭剪和体变。Prevost等[40, 41]研究了粘性土在排水和不排水条件下的应力应变
强度特性，并建立了能够模拟该特性的多屈服面模型。Prevost等，Zienkiewicz等[42]进一步发展了多屈服面模型。为了使应力应变关系光滑性更好，Mroz 提出了无穷屈服面模型。
多屈服面模型和无穷屈服面模型虽然在模拟
土体滞回应力应变非线性具有更好的灵活性和普
遍性，但是需要对所有的屈服面的位置、尺寸以及塑性模量进行记忆，这对于进行数值计算是非常不利的，会消耗大量的内存。因此Dafalias和Krieg分别提出了两面模型，即边界面内部的屈服面是与边界面几何相似，该屈服面遵循一定的规则移动，屈服面上应力点处的硬化模量可由其对应在边界面上
的共轭点处的硬化模量和两点的相对位置插值得到，而边界面上的塑性模量与外法线方向由塑性硬化规律和流动法则给出。Poorooshasb等(1985)基于边界面模型框架，给出了能够模拟三维情况单调加载和循环加载的本构模型，其后有进一步发展为能够模拟复杂应力路径的本构模型。Desai(1985)和Hirai(1987)修正了两面模型使其能够描述应力诱发各向异性。Tabaa和wood(1989)对修正的剑桥模型进行了扩展，建立了一个用于描述粘土在循环荷载作用下滞回特性的双面动力硬化模型。。Cmuch 和wolf(1994)建立了适用于粘土、粉土和砂土的统一的三维临界状态边界面塑性模型，Borja和Alnies(1994)修正三维边界面模型使其能够描述
粘土在多轴应力反向条件下的应力应变特性，Dafalias和Manzari(2006)[43]研究了粘土的旋转硬化特性，并给出了能够更加准确的描述粘土各向异性的边界面模型SANCLAY。Wang等(2013)[44]修正了边界面模型，使其能更好的描述砂土不排水相变时的剪胀性，模型计算结果与实验结果能够很好得吻合。
由Hashiguchi(1985)提出的次加载面模型，可以很好地克服两面模型在数值计算是出现屈服面
超出边界面的情况。通过相似中心的迁移和相似比的运动规。Hashiguchi
Whittle(1987)基于边界面模型提出了MIT模型，该模型能够描述土体的各向异性，循环特性以及不排水情况下的应变软化特性等等。而其后发展的MIT-E3模型采用了边界面理论并可以准确的反
映小应变情况下的闭合应力应变滞回,能够很好地模拟卸载再加载的塑性应变积累.
4.展望
虽然土体本构模型发展已有数十年的历史，由于土体力学性质过于复杂，仍然有很多问题不能很好地解决，人们一方面不断的完善过去几十年来建立的本构模型，是它们能够描述更多的力学性质，另一方面也在尝试着从不同的角度来分析土体的力学行为。近十年来兴起的微细观力学以及土体结构化的研究越来越受到科研人员的重视，人们从微观角度对饱和土体力学行为进行定性的解释，并结合以DEM（离散单元法）进行定量分析，建立微细观与宏观力学行为的联系。虽然微细观机理的研究成为趋势，但是工程上仍然习惯于使用宏观本构模型进行工程分析，因此在完善宏观本构理论和机理研究的同时，应当大力地将这些成果在工程中进行推广。
References:
[1].张建民与谢定义, 饱和砂土动本构理论研究进展. 力学进展, 1994. 2.
[2]. 郑颖人, 沈珠江与龚晓南, 岩土塑性力学原理. 2002: 中國建筑工业出版社.
[3]. 章根德, 土的本构模型及其工程应用. 2003: 科学出版社.
[4]. 李广信, 高等土力学. 2004: 清华大学出版社有限公司.
[5]. Kondner, R.L., Hyperbolic stress-strain response: cohesive soils. Journal of the soil mechanics and foundations division, ASCE, 1963. 89(1): p. 115-143. [6]. Duncan, J.M. and C. Chang, Nonlinear analysis of stress and strain in soils. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 1970. 96(5): p. 1629-1653. [7]. Jardine, J.R., et al., Studies of the influence of nonlinear stress-strain characteristics in soil-structurs interaction. Geotechnique, 1986. 3(36): p. 377-396.
Geotechnical Engineering - Theory.
[9]. 郑颖人, 岩土弹塑性力学. 2010, 中国北京: 中国建筑工业出版社.
[10]. Drucker, D.C. and W. Prager, Soil mechanics and plastic analysis of limit design. Quarterly of Applied Mathematics, 1952(10): p. 157-164.
[11]. Matsuoka, H. and T. Nakai. Stress-deformation and strength characteristics of soil under three different principal stresses. 1974.
[12]. Lade, P.V., Elasto-plastic stress-strain theory for cohesionless soil with curved yield surfaces. International Journal of Solids and Structures, 1977. 13(11): p. 1019-1035.
[13]. Drucker, D.C., R.E. Gibson and D.J. Henkel, Soil mechanics and work hardening theories of plasticity. Trans.ASCE, 1957. 122: p. 338-346.
[14]. Tanake, T., M. Yasunaka and Y.S. Tani, Seismic response and liquefaction of embankments-numerical solution and shaking table tests, in Int.Symp.Num.Mod.in Geomech. 1986: Ghent. p. 679-686.
[15]. Hvorslev, M.J., Uber die Festigkeitseigenschaften gestorter bindiger Boden. 1937.
[16]. 殷宗泽与徐志伟, 土体的各向异性及近似模拟. 岩土工程学报, 2002. 24(5): 第547-551页.
[17]. Ohta, H. and C.P. Wroth. Anisotropy and stress reorientation in clay under load. 1976.
[18]. Kavvadas, M., Non-linear consolidation around driven piles in clays. 1982, Massachusetts Institute of Technology.
[19]. Sekiguchi, H. and H. Ohta, INDUCED ANISDTROPY AND TIME DEPENDEHCY IN CLAYS. 1977.
[20]. Mouratidis, A. and J. Magnan, An anisotropic elastoplastic model with increase in strength through plastic deformation for the design calculation of structures on compressible soils. 1983.
[21]. 孙德安与姚仰平, 初始应力各向异性土的弹塑性模型. 岩土力学, 2000. 21(3): 第222-226页.
[22]. Hashiguchi, K. An expression of anisotropy in a plastic constitutive equation of soils. 1977.
[23]. Mrǒz, Z., V.A. Norris and O. Zienkiewicz, An anisotropic hardening model for soils and its application to cyclic loading. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 1978. 2(3): p. 203-221.
[24]. Dafalias, Y.F., On cyclic and anisotropic plasticity:
i) a general model including material behavior under orthotropic materials. 1975, University of California, Berkeley.
[25]. Pande, G.N. and S. Pietruszczak. Reflecting surface model for soils. 1982.
[26]. Hsieh, H.S., E. Kavazanjian Jr and R.I. Borja, Double-yield-surface Cam-clay plasticity model. I: theory. Journal of Geotechnical Engineering, 1990. 116(9): p. 1381-1401.
[27]. Rouainia, M., A kinematic hardening constitutive model for natural clays with loss of structure. Geotechnique, 2000. 50(2): p. 153-164.
[28]. Liu, M.D. and J.P. Carter, A structured Cam Clay model. Canadian Geotechnical Journal, 2002. 39(6): p. 1313-1332.
[29]. Desai, C.S. and Y. Ma, Modelling of joints and interfaces using the disturbed‐state concept. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 1992. 16(9): p. 623-653. [30]. Armaleh, S.H. and C.S. Desai, Modelling and Testing of a Cohcsionless Material Using the Disturbed State Concept. Journal of the Mechanical Behavior of Materials, 1994. 5(3): p. 279-296.
[31]. Pietruszczak, S. and S. Krucinski, Description of anisotropic response of clays using a tensorial measure of structural disorder. Mechanics of Materials, 1989. 8(2): p. 237-249.
[32]. Kachanov, M. and I. Sevostianov, On quantitative characterization of microstructures and effective properties. International Journal of Solids and Structures, 2005. 42(2): p. 309-336.
[33]. Mehrabadi, M.M., S. Nemat Nasser and M. Oda, On statistical description of stress and fabric in granular materials. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 1982. 6(1): p. 95-108.
[34]. Bathurst, R.J. and L. Rothenburg, Observations on stress-force-fabric relationships in idealized granular materials. Mechanics of Materials, 1990. 9(1): p. 65-80. [35]. Ken-Ichi, K., Distribution of directional data and fabric tensors. International Journal of Engineering Science, 1984. 22(2): p. 149-164.
[36]. Chang, C.S. and P. Hicher, An elasto-plastic model for granular materials with microstructural consideration. International Journal of Solids and Structures, 2005. 42(14): p. 4258-4277.
[37]. Oka, F., et al., A cyclic elasto-plastic constitutive model for sand considering a plastic-strain dependence of the shear modulus. Geotechnique, 1999. 49(5): p.
[38]. 谢定义与张建民, 饱和砂土瞬态动力学特性与机理分析. 1995: 陕西科学技术出版社.
[39]. Desai, C.S. and R.H. Gallagher, Mechanics of engineering materials. 1984: John Wiley & Sons. [40]. Prevost, J., Anisotropic undrained stress-strain behavior of clays. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1978. 104(ASCE 13942 Proc Paper).
[41]. Prévost, J.H., Mathematical modelling of monotonic and cyclic undrained clay behaviour. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 1977. 1(2): p. 195-216. [42]. Zienkiewicz, O.C. and P. Bettess, Soils and other saturated media under transient, dynamic conditions. General formulation and the validity of various simplifying assumptions. Soil mechanics-transient and cyclic loads, 1982: p. 1-16.
[43]. Dafalias, Y.F., M.T. Manzari and A.G. Papadimitriou, SANICLAY: simple anisotropic clay plasticity model. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 2006. 30(12): p. 1231-1257.
[44]. Wang, G. and Y. Xie, Modified Bounding Surface Hypoplasticity Model for Sands under Cyclic Loading. Journal of Engineering Mechanics, 2013. 140(1): p. 91-101.
岩土类材料弹塑性力学模型及本构方程
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岩土类材料的弹塑性力学模型及本构方程 摘要：本文主要结合岩土类材料的特性，开展研究其在受力变形过程中的弹性及塑性变形的特点，描述简化的力学模型特征及对应的适用条件，同时在分析研究其弹塑性力学模型的基础上，探究了关于岩土类介质材料的各种本构模型，如M-C、D-P、Cam、D-C、L-D及节理材料模型等，分析对应使用条件，特点及公式，从而推广到不同的材料本构模型的研究，为弹塑性理论更好的延伸发展做一定的参考性。 关键词：岩土类材料，弹塑性力学模型，本构方程 不同的固体材料，力学性质各不相同。即便是同一种固体材料，在不同的物理环境和受力状态中，所测得的反映其力学性质的应力应变曲线也各不相同。尽管材料力学性质复杂多变，但仍是有规律可循的，也就是说可将各种反映材料力学性质的应力应变曲线，进行分析归类并加以总结，从而提出相应的变形体力学模型。 第一章岩土类材料 地质工程或采掘工程中的岩土、煤炭、土壤，结构工程中的混凝土、石料，以及工业陶瓷等，将这些材料统称为岩土材料。 岩土塑性力学与传统塑性力学的区别在于岩土类材料和金属材料具有不同的力学特性。岩土类材料是颗粒组成的多相体，而金属材料是人工形成的晶体材料。正是由于不同的材料特性决定了岩土类材料和金属材料的不同性质。归纳起来，岩土材料有3点基本特性：1.摩擦特性。2.多相特性。3.双强度特性。另外岩土还有其特殊的力学性质：1.岩土的压硬性，2.岩土材料的等压屈服特性与剪胀性，3.岩土材料的硬化与软化特性。4.土体的塑性变形依赖于应力路径。 对于岩土类等固体材料往往在受力变形的过程中，产生的弹性及塑性变形具备相应的特点，物体本身的结构以及所加外力的荷载、环境和温度等因素作用，常使得固体物体在变形过程中具备如下的特点。 固体材料弹性变形具有以下特点：(1)弹性变形是可逆的。物体在变形过程中，外力所做的功以能量（应变能)的形式贮存在物体内，当卸载时，弹性应变能将全部释放出来，物体的变形得以完全恢复；(2)无论材料是处于单向应力状态，还是复杂应力状态，在线弹性变形阶段，应力和应变成线性比例关系；(3)对材料加载或卸载，其应力应变曲线路径相同。因此，应力与应变是一一对应的关系。 固体材料的塑性变形具有以下特点：(l)塑性变形不可恢复，所以外力功不可逆。塑性变形的产生过程，必定要消耗能量(称耗散能或形变功)；(2)在塑性变形阶段，应力和应变关系是非线性的。因此，不能应用叠加原理。又因为加载与卸载的规律不同，应力与应变也不再存在一一对应的关系，也即应力与相应的应变不能唯一地确定，而应当考虑到加载的路径(即加载历史)；(3)当受力固体产生塑性变形时，将同时存在有产生弹性变形的弹性区域和产生塑性变形的塑性区域。并且随着载荷的变化，两区域的分界面也会产生变化。 第二章弹塑性力学中常用的简化力学模型 对于不同的材料，不同的应用领域，可以采用不同的变形体模型。在确定力学模型时，要特别注意使所选取的力学模型必须符合材料的实际情况，这是非常重要的，因为只有这样才能使计算结果反映结构或构件中的真实应力及应
岩土工程介绍及发展研究方向
岩土工程介绍及发展研究方向 展望岩土工程的发展,笔者认为需要综合考虑岩土工程学科特点、工程建设对岩土工程发展的要求，以及相关学科发展对岩土工程的影响。 岩土工程研究的对象是岩体和土体。岩体在其形成和存在的整个地质历史过程中，经受了各种复杂的地质作用，因而有着复杂的结构和地应力场环境。而不同地区的不同类型的岩体，由于经历的地质作用过程不同，其工程性质往往具有很大的差别。岩石出露地表后，经过风化作用而形成土，它们或留存在原地，或经过风、水及冰川的剥蚀和搬运作用在异地沉积形成土层。在各地质时期各地区的风化环境、搬运和沉积的动力学条件均存在差异性，因此土体不仅工程性质复杂而且其性质的区域性和个性很强。 岩石和土的强度特性、变形特性和渗透特性都是通过试验测定。在室内试验中，原状试样的代表性、取样过程中不可避免的扰动以及初始应力的释放，试验边界条件与地基中实际情况不同等客观原因所带来的误差，使室内试验结果与地基中岩土实际性状发生差异。在原位试验中，现场测点的代表性、埋设测试元件时对岩土体的扰动，以及测试方法的可靠性等所带来的误差也难以估计。 岩土材料及其试验的上述特性决定了岩土工程学科的特殊性。岩土工程是一门应用科学，在岩土工程分析时不仅需要运用综合理论知识、室内外测成果、还需要应用工程师的经验，才能获得满意的结果。在展望岩土工程发展时不能不重视岩土工程学科的特殊性以及岩土工程问题分析方法的特点。 土木工程建设中出现的岩土工程问题促进了岩土工程学科的发展。例如在土木工程建设中最早遇到的是土体稳定问题。土力学理论上的最早贡献是1773年库伦建立了库伦定律。随后发展了Rankine(1857)理论和Fellenius(1926)圆弧滑动分析理论。为了分析软粘土地基在荷载作用下沉降随时间发展的过程，Terzaghi(1925)发展了一维固结理论。回顾
岩土工程勘察文献综述
1 岩土工程勘察内容 岩土工程勘察工作是设计和施工的基础。若勘察工作不到位，不良工程地质问题将揭露出来，即使上部构造的设计、施工达到了优质也不免会遭受破坏。不同类型、不同规模的工程活动都会给地质环境带来不同程度的影响；反之不同的地质条件又会给工程建设带来不同的效应。岩土工程勘察的目的主要是查明工程地质条件，分析存在的地质问题，对建筑地区做出工程地质评价。 岩土工程勘察的任务是按照不同勘察阶段的要求，正确反映场地的工程地质条件及岩土体性态的影响，并结合工程设计、施工条件以及地基处理等工程的具体要求，进行技术论证和评价，提交处岩土工程问题及解决问题的决策性具体建议，并提出基础、边坡等工程的设计准则和岩土工程施工的指导性意见，为设计、施工提供依据，服务于工程建设的全过程。 岩土工程勘察应分阶段进行。岩土工程勘察可分为可行性研究勘察（选址勘察）、初步勘察和详细勘察三阶段，其中可行性研究勘察应符合场地方案确定的要求；初步勘察应符合初步设计或扩大初步设计的要求；详细勘察应符合施工设计的要求。 根据勘察对象的不同，可分为：水利水电工程（主要指水电站、水工构造物的勘察）、铁路工程、公路工程、港口码头、大型桥梁及工业、民用建筑等。由于水利水电工程、铁路工程、公路工程、港口码头等工程一般比较重大、投资造价及重要性高，国家分别对这些类别的工程勘察进行了专门的分类，编制了相应的勘察规范、规程和技术标准等，通常这些工程的勘察称工程地质勘察。因此，通常所说的“岩土工程勘察”主要指工业、民用建筑工程的勘察，勘察对象主体主要包括房屋楼宇、工业厂房、学校楼舍、医院建筑、市政工程、管线及架空线路、岸边工程、边坡工程、基坑工程、地基处理等。 岩土工程勘察的内容主要有：工程地质调查和测绘、勘探及采取土试样、原位测试、室内试验、现场检验和检测，最终根据以上几种或全部手段，对场地工程地质条件进行定性或定量分析评价，编制满足不同阶段所需的成果报告文件。 2 土工程勘察热点 当前，特殊条件下的岩土工程评价仍然是岩土勘察工程中最普遍最大的热点。特殊条件指的是： （1）特殊土。包括湿陷性黄土、软土、膨胀土、盐渍土等。在特殊土地基上进行工程建设时，必须充分考虑到它们所具有的特殊物理力学化学性质。 （2）特殊工程地质条件。包括岩溶、斜坡与滑坡、泥石流、采空区、地面沉降、地震效应等。其中强震区的砂土液化、断裂、震陷等问题是岩土工程勘察中经常遇见的。
土的本构模型综述
土的本构模型综述 1 土本构模型的研究内容 土体是天然地质材料的历史产物。土是一种复杂的多孔材料，在受到外部荷载作用后，其变形具有非线性、流变性、各向异性、剪胀性等特点。为了更好地描述土体的真实力学—变形特性，建立其应力应变和时间的关系，在各种试验和工程实践经验的基础上提出一种数学模型，即为土体的本构关系。自Roscoe等1958~1963年创建剑桥模型以来，各国学者相继提出了数百个土的本构模型，包括不考虑时间因素的线弹性模型、非线弹性模型、弹塑性模型和考虑时间因素的流变模型等。本文将结合土本构模型的研究进程，综合分析已建立的经典本构模型，指出各种模型的优缺点和适用性，并对土本构模型的未来研究趋势进行展望。 2 土的本构模型的研究进程 早期的土力学中的变形计算主要是基于线弹性理论的。在线弹性模型中，只需两个材料常数即可描述其应力应变关系，即E和v或K和G或λ和μ。其中邓肯张双曲线模型是研究最多、应用最广的非线弹性模型。20世纪50年代末~60年代初，土塑性力学的发展为土的本构模型的研究开辟了一条新的途径。Drucker等（1957年）提出在Mohr-Coulomb锥形屈服面上再加一组帽形屈服面，Roscoe等（1958年~1963年）建立了第一个土的本构模型——剑桥模型，标志着土的本构模型研究新阶段的开始。70年代到80年代，计算机技术的迅速发展推动了非线性力学理论、数值计算方法和土工试验的发展，为在岩土工程中进行非线性、非弹性数值分析提供了可能性，各国学者提出了上百种土的本构模型，包括考虑多重屈服面的弹塑性本构模型和考虑土的变形及内部应力调整的时间效应的粘弹塑性模型。此外，其他本构模型如土的结构性模型、内时本构模型等也是从不同角度描述土本构关系，有的学者则借用神经网络强大的自组织、自学习功能来反演土的本构关系。
常用土体本构模型及其特点小结
常用土体本构模型及其特点小结 山中一草线弹性模型 线弹性模型遵从虎克定律，只有2个参数，即弹性模量E和泊松比V,它是最简单的应力-应变关系，但无法描述土的很多特征，主要应用于早期的有限元分析及解析方法中，可用来近似模拟较硬的材料如岩土。 Duncan-Chang（ DC 模型 DC模型是一种非线性弹性模型，它用双曲线来模拟土的三轴排水试验的应力-应变关系（图1）。它侧重于刻画土体应力-应变曲线非线性的简单特征，通过弹性参数的调整来近似地考虑土体的塑性变形。但所用的理论仍然是弹性理论而没有涉及到任何塑性理论，故仍不能反映如应力路径对变形的影响、土体的剪胀特性和球应力对剪应变的影响等土体的很多重要性质。由于DC模型是在二为常 数的常规三轴试验基础上提出的，比较适用于围压不变或变化不大、轴压增大的情况，如模拟土石坝和路堤的填筑。 图】IK模型关于三轴试验的应力-应变关系Fig.l Duncan-Chang approxiniathm of the siress-strain rd nt kinship Ln ft standard drained triAxt*! te&l Mohr-Coulomb （MC）模型 MC模型是一种弹-理想塑性模型，它综合了胡克定律和Coulomb破坏准则。有5个参数，即控制弹性行为的2个参数：弹性模量E和泊松比v及控制塑性行为的3个参数：有效黏聚力c、有效内摩擦角和剪胀角。MC模型采用了弹塑性理论，能较好地描述土体的破坏行为但却认为土体在达到抗剪强度之前的应力-应变关系符合胡克定律，因而并不能较好地描述土体在破坏之前的变形行为，且不能考虑应力历史的影响及区分加荷和卸荷。故MC模型能较好地模拟土体的强度问题，MC模型的六凌锥形屈服面（图2）与土样真三轴试验的应力组合形成的屈服面吻合得较好，因此MC模型适合于低坝、边坡等稳定性问题的分析。
开题报告-岩土工程
理工大学本科毕业设计（论文）开题报告 题目名称人民防空办公室项目工程场地岩土工程勘察设计 学生姓名专业班级学号 一、选题的目的和意义 岩土工程勘察是研究人类工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门学科，岩土工程勘察工程建设中具有十分重要的位置，也是工程建设中不可缺少的一个重要组成部分。 任何工程建筑物都是建造在一定的场地与地基之上，所有工程建设方式、规模和类型都受建筑场地的工程地质条件所制约。地基的好坏不仅直接影响到建筑物的经济和安危，而且一旦出事故，处理困难、因此，在设计每一个建筑物之前，必须进行场地与地基的岩土工程勘察，充分了解建筑场地与地基的工程地质条件，论证和评价场地、地基的稳定性和适宜性、不良地质现象、软弱地基处理与加固等岩土工程的技术决策和实施方案。实践经验证明，岩土工程勘察工作做得好，设计、施工就能顺利进行，工程建筑的安全运营就有保证。相反，忽视建筑场地与地基的岩土工程勘察，都会给工程带来不同程度的影响，轻则修改设计方案、增加投资、延误工期，重则使建筑物完全不能使用.甚至突然破坏.酿成灾害。随着工程建设新一轮建设高潮的兴起，岩土工程勘察面临着新的机遇和挑战。 我选择岩土勘察作为毕业设计的方向。希望能够培养自己综合运用所学的理论知识，专业技能和调查研究综合分析思考能力，以及查阅技术文献，资料和手册，对存在或可能存在的岩土工程问题提出解决方案，培养自己的创新与实践能力。在设计中树立理论联系实际的踏实正确的设计思想，保持严谨认真的科学工作作风。 二、国内外研究综述 在我国，由于市场经济刚刚起步，岩土工程专业体制尚待完善，故目前从事岩土工程专业的单位不定型，有以勘察为主，有以咨询为主，有以施工为主，有的多种兼有，这在过渡时期是很自然的。通过建国以来数十年工程实践的积累，特别是改革开放以来的巨大技术进步，我国岩土工程勘察的技术水平已有了显著提高，已经完全有能力承担各类大型复杂工程的勘察、设计和施工，包括高层建筑和超高层建筑、复杂地基处理、深基坑开挖、大型边坡工程、地下工程、移山填沟、围海造陆、海上平台、核电站等。每两年评选一次的优秀勘察项目，
环境岩土工程综述
课题名称：环境岩土工程研究综述 摘要：环境污染评估、控制、修复已成为我国环保领域的重大需求。本文对环境岩土工程进行了介绍，让读者了解其研究主要内容、进展状况以及研究方法，对之后的研究做到心中有数。 （一）前言 环境岩土工程师岩土工程与环境科学密切结合的一门新学科。它主要应用岩土工程的观点、技术和方法进行治理和保护环境服务。对于如今密集型人类生活和生产方式必然产生大量的废弃物，而地球岩土全是废弃物的主要及最终处置场所。因此，利用岩土工程的手段来解决水土环境污染问题是最为经济、最符合国情的途径之一（陈云敏，2012；张帆，2015）。 （二）研究主要内容及进展状况 环境岩土工程的目的是应用岩土工程能耐的原理和方法解决环境问题。我国环境工程研究及工程实践进展主要包括城市固体废弃物可持续填埋处置，废弃泥的工程特性、工程处置及资源化利用，土体和地下水污染评价与防治和土工合成材料在环境岩土工程中应用（陈云敏，2012）。 不同学者对环境岩土工程的研究内容有着不同见解。胡中雄等将环境岩土工程的研究内容大致分成三大类：第一类称为环境工程，指用岩土工程的方法来低于由于天灾引起的环境问题，如洪水、滑坡等；第二类称为环境卫生工程，指用岩土工程的方法来抵御有各种化学污染引起的环境问题，如城市垃圾填埋处理等；第三类是指人类工程活动引起的一些环境问题，如开外隧道引起的地面变形等（王帅，2015）。 罗国煜等在文献中提到，环境岩土工程包括区域性环境岩土工程和城市环境岩土工程。城市环境岩土工程问题包括三方面：（1）城市不稳定问题（地震、地面变形问题等）；（2）水资源短缺和环境水利问题；（3）采矿污染和废弃物污染问题。 此外，方晓阳主张应有两个主要分支：（1）地质环境（岩土）工程，主要强调有害有毒废料控制系统的管理和修正、填料场的选择、填料的稳定性分析和土污染技术；（2）生态环境（岩土）工程，研究环境岩土工程的敏感性生态和地质方面的问题。这其中由主要有三个方面的问题对生态环境因素相当敏感：（1）与地质、气候有关的问题，如泥石流、沙漠、实地；（2）与健康有关的问题，如酸雨、核废料；（3）与文化有关的问题，如考古、名胜古迹的保护等（李元松，2005）。 对于环境岩土工程如今的研究进展，以美国为代表的现房发达国家正发展可持续填埋技术。我国亟需开展填埋场孕育城市城市环境灾害机理、评估方法与可持续防控的科学基础理论研究，发展可持续填埋技术，以满足填埋场城市华景灾害防控、渗滤液减量、填埋气资源化的重大需求。
岩土本构模型的研究现状及进展
岩土本构模型的研究现状及进展 王 伟 (富锦市幸福灌区实验站,黑龙江富锦156100) 摘 要:在土木和水利工程问题中,求解的精度很大程度上取决于所用本构模型是否合理。由于变形机制的复杂性和多样性,致使 岩土本构模型研究长盛不衰。文章阐明了岩土本构模型研究的理论和工程意义;介绍了传统的弹性模型和弹塑性模型,近 期新兴的广义塑性力学理论、微观结构性模型、内时模型、分级模型等;并展望了岩土本构模型未来的发展方向。 关键词:本构模型;塑性;有限元;岩土;发展方向 中图分类号:T U45 文献标识码:A [收稿日期]2008-01-03 [作者简介]王伟(1974-),女,黑龙江富锦人,工程师。 1 岩土本构模型研究的工程意义 广义上说,本构关系是指自然界的作用与由该作用产生的效应两者之间的关系。土体是一种地质历史产物,具有非常复杂的非线性特征。在外荷作用下,表现出的应力-应变关系通常具有弹塑性、黏性以及非线性、剪胀性、各向异性等 性状[1,2] 。土体本构模型就是在整理分析试验结果的基础上,用数学模型来描述试验中所发现的土体变形特性。 2 传统的岩土本构模型 211 弹性模型 对于弹性材料,应力和应变存在一一对应的关系,当施加的外力全部卸除时,材料将恢复原来的形状和体积。弹性模型分为线弹性模型和非线性弹性模型两类。 线弹性模型和非线性弹性模型,其共有的基本特点是应力与应变可逆,或者说是增量意义上可逆。这类模型用于单调加载时可以得到较为精确的结果。但用于解决复杂加载问题时,精确性往往不能满足工程需要,因此引发了弹塑性本构模型的发展。212 弹塑性模型 弹塑性模型的特点是在应力作用下,除了弹性应变外, 还存在不可恢复的塑性应变。应变增量d εij 分为弹性和塑性两部分,弹性应变增量d εij e 用广义虎克定律计算,塑性应变增量d εij p 根据塑性增量理论计算。塑性增量理论主要包括3个方面:关于屈服面的理论;关于流动法则的理论和关于硬化(或软化)的理论。应用塑性增量理论计算塑性应变,首先要确定材料的屈服条件,对加工硬化材料,需要确定初始屈服条件和后继屈服条件(或称加载条件)。其次,需要确定材料是否服从相关联流动法则。若材料服从不相关联流动法则,还需要确定材料的塑性势函数。然后,确定材料的硬化或软化规律。最后可运用流动规则确定塑性应变增量的方向,根据硬化规律计算塑性应变增量的大小。 弹塑性本构方程可表示为d σij =D ij k l ep d εk l ,其中D ijkl ep 是 弹塑性刚度矩阵,它的一般表达式为: D ijkl ep =D ijkl -D ijpq (5g /5σpq )(5f /5σrs )D rsk l A +(5f /5 σm n )D m nuv (5g /5σuv )(1)式中:g 是塑性势函数,f 是屈服函数,D 是弹性模量张量,A 是硬化参数,根据选用的硬化规律确定。 屈服准则是判断材料弹塑性的判据,现有的屈服面大体 上可分为两类:①为单一开口的屈服面,也称锥体屈服面;②就是目前广泛采用的闭合屈服面,也称帽子屈服面。开口的锥形屈服面主要反映塑性剪切变形,大多数经典屈服面都属于这一类型,如Tresca 准则、Von M ises 准则等。但岩土材料不同于金属材料的显著特点之一就是单纯的静水压力也能产生塑性体积应变,而单一开口的屈服面不能反映这种塑性体积应变。所以近年来无论是对原有屈服面的修正,还是提出的新屈服面,多为帽子屈服面,它克服了单屈服面的一些缺点,能较为真实地描述土体的性状和恰当地拟合多种加载途径下的试验资料。现有的帽子屈服面,在π平面上都是外凸的,大多数以余茂宏建议的双剪应力强度理论为外边界;而在子午面上的形状,有两端都是圆的蛋形、一头尖一头圆的水滴形和两头尖的橄榄形。 实验证明,许多岩土材料并不属于相关联塑性流动。这样,就促成了非关联流动塑性力学模型的发展。在非关联流动模型中,通过修正、调节屈服函数得到了势函数。于是,由材料的某些特性(如晶粒间摩擦、材料各向异性)所引起的对关联流动法则的偏离就能得到较好的模拟。 3 近期发展的新型岩土本构模型 311 广义塑性力学理论 国内学者郑颖人等人在广义塑性力学理论方面做了很多工作。广义塑性力学认为,传统塑性理论的3个假设:遵守关联流动法则、传统塑性位势理论和不考虑应力主轴旋转,都不符合岩土材料的变形机制。广义塑性力学从寻找和消除这些假设入手,提出了一些新的观点[2]。312 微观结构性模型 传统岩土本构模型是建立在宏观现象学基础上的关系。若将土体的变形过程看作由原状土经损伤向扰动土逐渐转化的过程,可以采用损伤力学理论建立弹塑性损伤模型,并进一步引申为结构性模型。通过微观结构的研究,使得众多结构研究成果与其力学性状发生定量意义上的联系,对解释宏观力学现象具有重要意义。313 内时模型 在经典塑性理论中,总是假设存在着与硬化或软化过程相适应的屈服面或加载面。但岩土材料的实验证明,土体无论在压缩还是剪切时,都没有理论上所描述的明显的屈服点,而且往往从加载一开始就会出现残余变形。所以,从这个意义上讲,简化的屈服面理论常常是与土体变形的真实情况有出入的。 — 36—
岩土工程勘察与岩土工程设计关系研究 叶杜杜
岩土工程勘察与岩土工程设计关系研究叶杜杜 发表时间：2018-09-12T11:14:41.563Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第12期作者：叶杜杜 [导读] 我国的岩土工程建设在不断发展的过程中，相应的勘察、设计、施工等技术也日臻完善。 贵州鼎盛岩土工程有限公司云南分公司云南昆明 650032 摘要：岩土工程勘察工作的顺利开展，对于工程项目的设计与施工而言有着极其重要的作用与价值，将会对整体工程项目的施工建设情况产生直接性的影响。特别是随着当前相关技术手段的快速化发展影响，岩土工程项目的勘察、设计与施工各环节工作内容愈发趋向于标准化，在工程施工领域内也发挥出了越来越重要的作用价值。本文将重点针对岩土工程中的勘察、设计与施工关系展开具体分析，提出了相应的勘察原则与方法。 关键词：岩土工程；勘察；设计；施工 引言 我国的岩土工程建设在不断发展的过程中，相应的勘察、设计、施工等技术也日臻完善，对于工程项目建设质量的提升做出了重大贡献，并有效促进了社会经济的高速化发展。长期以来，在岩土工程项目的建设领域内，都是采察、设计、施工依次展开的施工流程。然而面对竞争激烈程度不断加剧的市场经济发展环境，这一种传统方式已然难以满足于市场经济的实际发展需求，因而，重新理清这三者间的相关性也正变得越来越重要，下文也将就此展开分析、探讨。 1、概述 岩土工程勘察其主要的工作内容便是针对拟定建设工程项目的施工地质、气候条件、水文环境等多方面内容展开勘察探测。与传统的工程地质勘察工作相对比而言，其所需勘察的项目内容更加多样化，其中主要包括了：将勘察、设计、施工、监测等各项工作环节密切结合起来；服务内容应与勘察工作的整体过程均有所关联；需提出切实可行的操作方案；开展岩土工程勘察作业的工作人员，同时还要与到设计、施工与监测等各个工序环节当中。通过分析以上所提出的各项要求，可发现其中同时还体现出了岩土工程在专业性方面的高标准要求，工程项目施工质量更容易达到预期目标。 2、研究岩土工程勘察与工程设计关系的重要意义 通过分析岩土工程勘察与工程设计的关系，能有效保证岩土工程勘察数据的准确性，从而不断提高勘察数据的利用率。由于岩土工程的影响因素较多，为不断提高工程的稳定性，做好相应的勘察与设计工作具有重要作用。岩土工程勘察能够为工程设计提供良好的研究数据，进一步提高勘察报告质量，从而有效保证岩土工程设计工作的顺利开展。此外，通过分析岩土工程勘察与工程设计之间的关系，能提高勘察人员对工程设计的认识，保证勘察数据的准确性。在岩土工程的施工过程中，设计方案具有非常重要的作用，为保证岩土工程设计方案得到更好的实施，需保证勘察数据的准确性。由于岩土工程中的勘察数据较多，在勘察过程中，工作人员需结合工程地质条件与气候环境，采用合理的勘察技术，从而为设计人员提供良好的勘察数据，不断提高设计方案的实施率。 3、岩土工程勘察方案与可行性研究勘察 为有效保证岩土工程勘察与岩土工程设计工作顺利进行，制订合理的岩土工程勘察方案特别重要。在制订岩土工程勘察方案的过程中，勘察人员需结合工程地质与地基的实际情况，在满足地基设计要求的基础上，详细分析各项设计数据，并结合自身的工作经验，制订科学合理的勘察方案。为进一步提高岩土工程勘察方案的实施率，相关勘察人员需与设计人员进行有效沟通，针对勘察方案中存在的问题，采取合理的解决措施。在岩土工程勘察的过程中，可行性研究勘察主要指针对不同地质工程，制订相应的地质评价方案，并结合地质勘察数据，确定合理的建设场地，保证工程中各项勘察方案得到更好的实施。通常情况下，在一些高层建筑中，采用可行性研究勘察较多，包括一些比较重要的标志性建筑。在普通的民用建筑中，可行性研究勘察较少，工程中的技术人员无法直接投入到可行性研究工作中。对于一些大型的建筑园区来说，勘察人员需结合施工场地的实际情况，制订详细的可行性研究方案，并认真研读各项报告，针对设计方案中存在的问题，需及时与上级有关部门进行沟通，并采取合理的解决措施。岩土工程勘察能够为建筑工程设计提供良好的地质数据，进一步提高设计方案的实施率。在建筑企业中，岩土工程勘察具有一定的前瞻性，能够有效保证工程质量，满足施工需求。为保证岩土工程勘察工作的顺利进行，建筑工程中的管理人员需对岩土勘察进行相应的监督管理，从根本上保证勘察数据的准确性，保障岩土工程设计工作得以顺利开展。 4、岩土工程勘察方法与岩土设计的关系 就工程实践角度而言，岩土工程勘察与岩土设计有着十分密切的联系，这种关联使两者的价值显著提升。具体来说，两者之间的关系包括以下三个方面： 4.1 岩土工程勘察为岩土设计的基础 对于岩土工程建设而言，工程项目的开发、方案的设计以及具体的施工需要考虑多种因素，这些因素中最为基础的部分就是岩土工程建设的地质考察。地质考察工作可以为岩土工程的建设环境与施工的安全性提供基本的资料。而岩土工程勘察是地质考察的主要内容，岩土工程勘察包括岩土类型的判断以及岩土结构与受力状况的分析。在岩土设计中，为了保障岩土工程项目的安全性和稳定性，设计人员要在充分了解岩土结构的前提下，进行工程环节的设计。由此可以看出，岩土工程勘察能够为岩土设计提供大量的基础资料和参考依据，对岩土设计的有效性和岩土工程的质量，有着良好的促进作用。 4.2 岩土设计为岩土工程勘察的动力 岩土工程勘察为岩土设计的基础，而岩土设计则是岩土工程勘察的动力。随着科学技术的不断发展，人们对工程质量提出了更高的要求，在这种市场环境下，岩土工程质量的提升需要从设计环节入手。就岩土设计的质量而言，需要从设计人员的专业性、资料的可靠性与全面性以及技术的先进性等方面入手，其中资料的可靠性与全面性需要岩土工程勘察工作来实现。因此，勘探人员为了提升资料可靠性与全面性，就会提升岩土工程勘察工作的效率和质量。也就是说，岩土设计为岩土工程勘察的动力。 4.3 岩土工程勘察与岩土设计相互促进 通过上面的分析可以发现，岩土工程勘察与岩土设计相辅相成、相互促进。这种促进作用主要体现在以下两个方面：首先，岩土工程
论岩土工程监测技术的发展及其应用综述
论岩土工程监测技术的发展及其应用综述 1.前言 近年来,随着我国基础建设的日益扩大,人们对岩土工程构筑物逐渐有了更高的安全要求。随着人类岩土工程监测技术的日趋成熟，其在基础建筑甚至地灾评价预测等方面也作出越来越大的贡献。本文在论述岩土工程监测技术发展及应用状况的基础上，结合各个学者提的一些关于岩土工程监测技术的新理论，较系统建的进行总结概括，以便后来读者查阅。 2. 岩土工程监测技术发展及应用状况 自50年代末期以来,现代科技成就,特别是电子技术和计算技术的成就被引 用到岩土工程中来,极大地推动了勘察测试技术和岩土构筑物以及地基设计理论 与方法的进展(魏道垛,孙福, 1998)。作为岩土工程重要内容的岩土工程监测技术(包括监测手段、方法与工具)的发展与进步,加速了信息化施工的推行,反过来又迅速提高了人们对岩土设计方法和理论的认识。 岩土工程设计原则正从强度破坏极限状态控制向着变形极限状态(或建筑物 功能极限状态)控制发展。目前,有一部分内容正努力试行着向新的概率极限状态(可靠性设计方法) 控制展。 我国岩土工程技术新进步的一个重要(在某种意义上可能是最重要的) 表现 是岩土工程信息化作业(融施工、监测和设计于一体的施工方法)的运行。信息化施工原理和环境效应问题被人们所注意、关心,以致被接受并付诸行动。这不仅是岩土工程技术本身的进步,更是工程界直至社会方面在岩土工程总体意识上的 更新、进步和发展,已日益表现在着力于岩土工程各类行为信息的监测、反馈、 监控及其信息数据的及时处理和技术与管理措施的及时更新等。岩土工程监测技术的进步和发展,则是岩土工程信息化得以实施的强有力的物质基础和技术保障。 横览中外,岩土工程监测技术的进步和发展具体表现在以下二个方面:一是 监测方法及机具本身的进步。现代物理,特别是电子技术的成就,已广泛应用于新型监测仪表器具中,如各种材料不同形式的收敛计、多点位移计、应力计、压力盒、远视沉降仪、各类孔压计及测斜仪等的设计与制作,优化了仪表结构性能, 提高了精度和稳定性; 二是监测内容的不断扩大与完整。分析方法的不断提高,岩土体
软土本构模型综述
《软土地基》课程论文 学院建工学院 姓名王洋 学号
软土本构模型综述 1 引言 土体具有复杂的变形特征，如剪胀性、各向异性、受应力路径影响等。土体变形的这种复杂性是在复杂受力状态下表现出来的。复杂应力状态存在 6 个应力分量，也有 6 个应变分量。其间的关系是一种多因素物理量与多因素物理量之间的关系，不能由试验直接建立。须在简化条件的试验基础上，做某些假定及合乎规律的推理，从而提出某种计算方法，把应力应变关系推广到复杂应力状态。这种计算方法叫本构模型。 1.1 土的本构模型 发展到现在，土的本构模型数目众多，大致可以分为以下几大类: ( 1) 非线性模型; ( 2) 弹塑性模型; ( 3) 粘弹塑性模型; ( 4) 结构性模型。 对于软土而言，比较适用的一般为弹塑性模型。弹塑性模型是把总的变形分成弹性变形和塑性变形两部分，用虎克定律计算弹性变形部分，用塑性理论来解塑性变形部分。 1.2 变形假定 对于塑性变形，要作三方面的假定: ( 1) 破坏准则和屈服准则; ( 2) 硬化准则; ( 3) 流动法则。 不同的弹塑性模型，这三个假定的具体形式也不同。最常用的弹塑性模型为剑桥模型及其扩展模型。 2 剑桥模型与修正剑桥模型 1958 年，Roscoe 等发现了散粒体材料在孔隙比-平均有效应力-剪应力的三维空间里存在状态面的事实，1963 年，提出了著名的剑桥模型，1968 年，
形成了以状态面理论为基础的剑桥模型的完整理论体系。 Roscoe 等人将“帽子”屈服准则、正交流动准则和加工硬化规律系统地应用于Cam 模型之中，并提出了临界状态线、状态边界面、弹性墙等一系列物理概念，构成了第一个比较完整的土塑性模型。剑桥模型又被称为临界状态模型，是一个非常经典的弹塑性模型，它是第一个全面考虑重塑正常固结或弱超固结粘土的压硬性和剪胀性的模型，标志着土的本构理论发展新阶段的开始。 1968 年，Roscoe 等人在剑桥模型的基础上提出了修正剑桥模型，将原来的屈服面在p'，q 平面上修正为椭圆，并认为在状态边界面内土体变形是完全弹性的。在状态边界面内，增加的剪应力虽不产生塑性体积变形，但可产生塑性剪切变形。修正剑桥模型是一种“帽子”型模型，在许多情况下能更好地反映土的变形特性。修正剑桥模型至今仍在工程中广泛应用，是因为它具有很多优点: 形式简单，模型参数少，参数确定方法简单( 只需常规三轴试验即可) ，参数有明确的物理意义，能够很好的反映重塑正常固结或弱超固结粘土的压硬性和剪缩性，因此修正剑桥模型是土力学中比较成熟而且应用广泛的弹塑性本构模型。同时，修正剑桥模型也有一定的局限性: 屈服面只是塑性体积应变的等值面，只采用塑性体积应变作硬化参量，因而没有充分考虑剪切变形; 只能反映土体剪缩，不能反映土体剪胀; 没有考虑土的结构性这一根本内在因素的影响; 假定的弹性墙内加载仍会产生塑性变形等。修正剑桥模型对实际情况进行了一系列假定: ①屈服只与应力球量p 和应力偏量q 两个应力分量有关，与第三应力不变量无关; ②采用塑性体应变硬化规律，以为硬化参数; ③假定塑性变形符合相关联的流动法则，即g( σ) = f( σ) ; ④假定变形消耗的功，即塑性功为: 剑桥模型是当前在土力学领域内应用最广的模型之一，其主要特点有: 基本概念明确; 较好地适宜于正常固结粘土和弱超固结粘土; 仅有3个参数，都可以通过常规三轴试验求出，在岩土工程实际工作中便于推广; 考虑了岩土材料静水压力屈服特性、剪缩性和压硬性。王清等分析了修正剑桥模型的应力应变关系，以其为基础引进了接触单元和杆单元，运用修正合格模型，用有限元程序模拟了
土的本构结构
土的本构关系 土体是天然地质材料的历史产物。土是一种复杂的多孔材料,在受到外界荷载作用后,其变形具有以下特性：①土体的变形具有明显的非线性,如:土体的压缩试验e～p 曲线、三轴剪切试验的应力—应变关系曲线、现场承载板试验所得的p～s曲线等; ②土体在剪切应力作用下会产生塑性应变,同时球应力也引起塑性应变; ③土体尤其是软粘土,具有十分明显的流变特性; ④由于土体的构造或沉积等原因,使土具有各向异性; ⑤紧砂、超固结粘土等在受剪后都表现出应变软化的特性; ⑥土体的变形与应力路径有关,证明不同的加载路径会出现较大的差别; ⑦剪胀性等。为了更好地描述土体的真实力学—变形特性,建立其应力、应变和时间的关系, 在各种试验和工程实践经验的基础上提出一种数学模型,即: 土体的本构关系。 自从Roscoe等人首次建立了剑桥模型以来, 土的本构关系的研究经历了一个蓬勃发展的 阶段, 出现了一些具有实用价值的本构模型。虽然很多的理论为建立土的本构关系提供了有力的工具, 但是由于土是一种三相体材料, 在性质上既不同于固体也不同于液体, 是介于两者 之间的特殊材料, 所以人们常借助于固体力学或流体力学理论, 同时结合工程实践经验来解 决土工问题, 从而研究土的本构关系形成了自己一套独特的方法—半理论半经验的方法。建立一个成功的本构关系关键有两点：第一要建立一个函数能较好地反映土在受力下的响应特征；第二要充分利用试验结果提供的数据比较容易地确定模型参数。模型都需要满足以下基本条件：（1）不违背更高一级的基本物理原理（如热力学第一、第二定律）。（2）建立在一定的力学理论基础之上（如弹性理论、塑性理论等）。（3）模型参数能够通过常规试验求取。从工程应用的角度出发，研究问题的精度就需要进行合理的控制，从而在计算精度与计算设备、计算难度、计算时间以及计算成本之间获得平衡。另外，任何理论、方法都应以实践应用为目的，这样才具有价值。综合上述两点，从工程应用的角度去分析各种土的本构关系是非常有必要的。本构关系是反映材料的力学性状的数学表达式，表示形式一般为应力-应变-强度-时间的关系。土的本构关系十分复杂，除受时间因素影响外，还受温度、湿度等因素影响。时间作为一个主要因素，主要是反映土的流变特性且在大多数情况下可以忽略其影响。同时，强度可以视为土体应力-应变发展的一个特殊阶段，即在发生很小的应力增量下，土体单元将发生无限大的变形。 对于一般的岩土工程问题，稳定问题是主要问题，如地基稳定问题、斜坡稳定问题等，一般采用极限平衡法对土体进行分析。这种分析不考虑土体破坏前的变形过程及变形量，只关心土体处于最后整体滑动时的状态及条件，实际上是刚塑性或理想塑性的理论。20 世纪50 年代末到60 年代初，由于高重土工构筑物、高层建筑以及许多大型建筑物的兴建，使土体变形问题成为主要矛盾。此外，随着计算手段、试验手段的提高，也极大地促进了本构关系的发展。 土的线弹性模型：经典土力学将土体视为理想弹性体,在进行变形计算时采用基于广义虎克定律的线性弹性模型,假定土体的应力和应变关系成正比,通过测定土在不排水条件下的弹性 模量E和泊松比μ,或者体积变形模量K和剪切模量G来描述其应力—应变关系。土的线弹性模型简单,适用于不排水、安全系数较大、土体不发生屈服的情况,工程中可用于:①计算地基中的垂直应力分布; ②计算地基在不排水加荷情况下的位移和沉降; ③基坑开挖问题计算,用于估计基坑在不排水条件下的侧向压力与侧向位移; ④计算软粘土地基在加荷不排水条件下的沉 降和孔隙水压力。 土的非线弹性模型：土体在外荷载作用下一般都要发生屈服,其应力—应变关系具有非线性,土体发生的变形既有弹性变形又有塑性变形,土的非线弹性模型可以较好地描述其变形特性。土的非线弹性模型理论可以分为三类:弹性模型、超弹性(Hyper Elastic)模型(又称Green超弹性模型)和次弹性(Hypo Elastic) 模型。其中影响最大、最具有代表性的主要是邓肯一张
浅谈环境岩土工程研究(一)
浅谈环境岩土工程研究(一) 摘要：本文简要论述了环境岩土工程的定义，环境岩土工程研究中的基本观点以及方法以及环境岩土工程的研究现状，并对我国环境岩土工程进行了展望。 关键词：环境岩土工程研究 随着经济和、工业的迅速发展，人们越来越意识到人类活动对环境产生的两个负面影响：环境污染和生态破坏。因此，应运产生了一门新兴学科——环境岩土工程学。它既是一门应用性的工程学，又是一门社会学。它把技术和政治、经济和文化相结合的跨学科的新型学科。 1.环境岩土工程定义 环境岩土工程（EnvironmentalGeotechnology）一词，源自1986年4月美国宾州里海大学土木系美籍华人方晓阳教授主持召开的第一届环境岩土工程国际学术研讨会，并在其著名的“IntroductoryRemarksonEnvironmentalGeotechnology”论文中，将环境岩土工程定位为“跨学科的边缘科学，覆盖了在大气圈、生物圈、水圈、岩石圈及地质微生物圈等多种环境下土和岩石及其相互作用的问题”，主要是研究在不同环境周期（循环）作用下水土系统的工程性质。 2.环境岩土工程研究的内容及分类 环境岩土工程是研究应用岩土工程的概念进行环境保护的一门学科。这是一门跨学科的边缘学科，涉及面很广，包括：气象、水文、地质、农业、化学、医学、工程学等等。 环境岩土工程研究的内容大致可以分为三类： (1)环境工程。主要指用岩土工程的方法来抵御由于天灾引起的环境问题。例如：抗沙漠化、洪水、滑坡、泥石流、地震、海啸等。这些问题通常泛指为大环境问题。 (2)环境卫生工程。主要指用岩土工程的方法抵御由于各种化学污染引起的环境问题。例如城市各种废弃物的处理、污泥的处理等。 (3)人类工程活动引起的一些环境问题。例如在密集的建筑群中打桩时，由于挤土、振动、噪声等对周围居住环境的影响；深基坑开挖时，降水和边坡位移等。 3.环境岩土工程研究中基本观点及研究方法 3.1基本观点 (1)岩土实践的范围是地球表层,而地球对于宇宙来讲是一个子系统,它的变化受其他子系统的影响,它们之间有物质和能量的交换,是一个开放的系统; (2)资源是有限的。我们只有一个地球,并且随着人口的增长,资源与人口相比越来越小,所以我们应实施可持续发展战略,而不能盲目地掠夺式地利用,以防止对环境造成不利的影响; (3)人类无计划的活动会毁灭人类自身; (4)自然界在不断地变化,有一些直接危害人类,反过来人类要避开危害,就必须采取措施; (5)虽然岩土工程曾带来一些消极影响,但它是由于人类认识上的片面性和历史的局限性造成的, 所以从理论上讲,所有的环境岩土工程问题是可以解决的,但它依赖于人们环境意识的提高,岩土工程技术的进步和法制建设的健全。 3.2研究方法 环境岩土工程是一个系统工程。它涉及许多学科领域,所以在研究中应从学科间的交叉处着眼,以辩证的观点分析和解决问题。其次,应用岩土工程的观点去改善环境,使其更符合人类的生存需求。 4.环境岩土工程与相关学科的关系 与环境岩土工程相关的学科有:工程地质学、岩土力学、岩土工程学、地质工程、环境工程地质学。 工程地质学的基础理论是地质学,指导它的理论主要是自然历史观1它的基本理论是认为地质成因和演化过程决定地质体的工程特性,相应地在研究方法上就是从地质体局部特性的研
常用岩土本构模型及其研究现状
常用岩土本构模型及其研究现状 学生：彭敏 班级：水工一班 学号：2014141482159 授课教师： 肖明砾 成绩 摘要： 在土木及水利工程中岩体分析成功性很大程度取决于采用的本构模型的正确性，常用的岩土本构模型：传统的弹性模型和弹塑性模型,新型的广义塑性力学理论、微观结构性模型、分级模型等。 关键词：本构模型 弹性 弹塑性 损伤力学 微观 1.传统岩土本构模型 现代岩石力学研究岩石全程应力应变曲线（如图1）可分为压密阶段、弹性工作阶段、塑性变形阶段和破坏阶段，采用经典连续介质力学理论计算的岩石力学模型有： 1.1 弹性模型 对于弹性材料, 应力和应变存在一一对应的关系, 当施加的外力全部卸除时 ,材料将恢复原来的形状和体积。弹性模型分为线弹性模型和非线性弹性模型两类。这类模型用于荷载单调加载时可以得到较为精确的结果，但用于解决复杂加载问题时, 精确性往往不能满足工程需要。 1.2弹塑性模型 弹塑性模型的特点是在应力作用下, 除了弹性应变外,还存在不可恢复的塑性应变。 应变增量分为弹性和塑性两部分, 弹性应变增量用广义虎克定律计算, 塑性应变增量根据塑性增量理论计算。 图1：应力应变曲线 图2 弹塑性模型 2. 新型岩土本构模型 2.1 广义塑性力学理论 广义塑性力学认为, 传统塑性理论的 3 个假设都不符合岩土材料的变形机制，广义塑性力学从寻找和消除这些假设入手, 提出了一些新的观点。 2.2 微观结构性模型 将土体的变形过程看作由原状土经损伤向扰动土逐渐转化的过程, 可以采用损伤力学理论建立弹塑性损伤模型。通过微观结构的研究, 使得众多结构研究成果与其力学性状发生定量意义上的联系, 对解释宏观力学现象具有重要意义。 2.3 分级模型 该方法以服从关联流动法则的简单各向异性强化模型开始, 模型级数逐渐递增, 较高等级的模型则是通过引入非关联流动法则、各向异性强化法则和应变强化或软化法则得到的。 3.结论 （1）传统岩土本构模型虽然简单，但是存在一些
基于岩土工程勘察方法的研究
基于岩土工程勘察方法的研究 赵新村性别：男出生年月：（1974.8—）籍贯：山东博兴研究 方向：岩土工程勘察，职称：中级工程师，学历：本科摘要：在工程建设高速发展的今天，岩土工程勘察的技术方法 显得越来越重要。其目的在于勘察建设工程中工程地质条件，提供准确的地基设计参数、岩土工程参数和认识地基岩土的物理力学属性，为基础设计提供必须的依据。本文通过自身的工作经验，结合实际情况，提出常用的岩土工程勘察方法，供同行探讨分析。 关键词：岩土勘察方法 abstract: in the engineering construction, the current rapid development of geotechnical engineering technical method is becoming more and more important. its purpose lies in the construction engineering survey in engineering geology condition, provide the accurate foundation design parameters, geotechnical parameter and understanding of physical and mechanical properties of the foundation rock for the foundation design, provide necessary basis. this article through their own work experience, and combining the actual situation, proposed the commonly used geotechnical engineering analysis method for the counterparts. keywords: geotechnicalinvestigationmethod 中图分类号：k826.16文献标识码：a 文章编号：