材料模型手册

材料模型手册

目录

1 简介 (5)

1.1 不同模型的选用 (5)

1.2 局限性 (7)

2 材料模拟初步 (9)

2.1 应力的一般定义 (9)

2.2 应变的一般定义 (11)

2.3 弹性应变 (12)

2.4 用有效参数进行的不排水分析 (14)

2.5 用有效强度参数进行不排水有效应力分析 (18)

2.6 用不排水强度参数进行不排水有效应力分析(不排水B) (19)

2.7 用不排水参数进行不排水总应力分析 (19)

2.8 高级模型中的初始预固结应力 (20)

2.9 关于初始应力 (21)

4 霍克布朗模型（岩石行为） (32)

4.1 霍克布朗模型公式 (33)

4.2 霍克-布朗与莫尔-库伦之间的转换 (36)

4.3 霍克-布朗模型中的参数 (36)

5 土体硬化模型（各向同性） (41)

5.1 标准排水三轴试验的双曲线关系 (42)

5.2 土体硬化模型的双曲线近似 (43)

5.3 三轴应力状态下的塑性体积应变 (45)

5.4 土体硬化模型的参数 (46)

5.5 土体硬化模型中帽盖屈服面 (52)

6 小应变土体硬化模型(HSS) (54)

6.1 用双曲线准则描述小应变刚度 (55)

6. 2 HS 模型中使用HARDIN-DRNEVICH 关系 (56)

6.3 初始加载VS 卸载/重加载 (58)

6.4模型参数 (59)

6.5 参数0G 和0.7γ (61)

6.6 模型初始化 (62)

6.7 与土体硬化模型的其他区别 (63)

7 软土模型 (64)

7.1 应力和应变的各向同性状态（123'''σσσ==） (64)

7.2 三轴应力状态（23''σσ=）的屈服函数 (66)

7.3 软土模型参数 (68)

8 软土蠕变模型（时间相关行为） (72)

8.1概述 (72)

8.2 一维蠕变基本知识 (73)

8.3 关于变量τc 和εc (74)

8.4 一维蠕变的微分法则 (76)

8.5 三维模型 (78)

8.6计算弹性三维应变 (80)

8.7模型参数回顾 (81)

9 节理岩体模型（各向异性） (84)

9.1 各向异性弹性材料的刚度矩阵 (85)

9.2 三个方向上的塑性行为 (88)

9.3 节理岩体模型参数 (91)

10 修正剑桥粘土模型 (94)

11 NGI-ADP 模型(各向异性不排水剪切强度) (97)

11.1 NGI-APD 模型的方程 (97)

11.1.4NGI-ADP 模型界面摩擦准则 (102)

11.2 NGI-ADP 模型的参数 ................................................................. .. (102)

12 高级土体模型的应用 (106)

12.1 HS 模型：排水和不排水三轴试验中的反应 (106)

12.2 HARDENING-SOIL 模型在实际土工试验中的应用 (110)

12.3 SSC 模型：一维压缩实验中的反应 (115)

13 用户定义的土体模型 (127)

13.1 概述 (127)

13.2 用户定义模型在计算程序中的实现 (128)

10.3 通过用户界面输入用户定义模型参数 (137)

14 结构行为 (139)

14.1 锚杆 (139)

14.2 梁 (139)

14.3 2D 土工格栅 (140)

14.4 3D 土工格栅 (141)

14.5 2D 板 (141)

14.6 板单元3D (142)

15 渗流模型 (149)

15.1 V AN GENUCHTEN 模型 (149)

15.2 近似 V AN GENUCHTEN模型 (152)

1 简介

用来模拟岩土的力学行为的方法有很多种，但它们的精度各不相同。例如，线性及各向同性弹性的Hooke 定律是最简单的应力—应变关系。由于它仅仅涉及到两个输入参数，即杨氏模量E，和泊松比ν，通常认为这种应力—应变关系太粗糙了，不能把握岩土行为的本质特点。然而，对于大量结构单元和岩床层的模拟，线弹性性质往往是比较合适的。

1.1 不同模型的选用

线弹性模型(LE)

线弹性模型是基于各向同性胡克定理的。它引入两个基本参数，杨氏模量E 和泊松比ν。尽管线弹性模型不适合模拟土体，但他可用来模拟刚体，例如混凝土或者完整岩体。

Mohr-Coulomb模型(MC)

弹塑性Mohr-Coulomb 模型包括五个输入参数，即：表示土体弹性的E和ν，表示土体塑性的ϕ和c，以及剪胀角ψ。Mohr-Coulomb 模型描述了对岩土行为的一种“一阶”近似。这种模型推荐用于问题的初步分析。对于每个土层，可以估计出一个平均刚度常数。由于这个刚度是常数，计算往往会相对较快。初始的土体条件在许多土体变形问题中也起着关键的作用。通过选择适当的K0 值，可以生成初始水平土应力。

节理岩石模型(JR)

节理模型是一种各向异性的弹塑性模型，特别适用于模拟包括层理尤其是断层方向在内的岩层行为等。塑性最多只能在三个剪切方向（剪切面）上发生。每个剪切面都有它自身的抗剪强度参数ϕ和c。完整岩石被认为具有完全弹性性质，其刚度特性由常数E和ν表示。在层理方向上将定义简化的弹性特征。

土体硬化模型(HS)

土体硬化模型是一种高级土体模型。同库伦模型一样，极限应力状态是由摩擦角ϕ、粘聚力c以及剪胀角ψ来描述的。但是，土体硬化模型采用三个不同的输入刚度可以将土体刚度描述得更为准确：三轴加载刚度E50、三轴卸载刚度E ur和固结仪加载刚度E oed。我们一般取E ur≈3E50和Eoed≈E50作为不同土体类型的平均值，但是，对于非常软的土或者非常硬的土通常会给出不同的E oed/E50