湿地软土邓肯_张模型有限元计算参数的确定

S r /%
α1 - 2 /MPa - 1
0. 85 0. 71
E sl - 2 /MPa
) ccd / kPa φcd / ( ° 17. 6 16. 1 12. 3 28. 0
腐殖质粘土 41. 64 粉质粘土 36. 25
2. 71 2. 71
32. 5 27. 4
48. 7 40. 8
0. 56 0. 66
[1 ]
, 将它们画在单对数坐标中 , 可假设是一条直线 , 即
μi = f = G - F lg (σ3 / pa ) ,
G, F 为试验常数 。将式 ( 6 )微分
( 8)
μt =
ε - d 3 ε d 1
=
( 1 - Dε ε 1 ) f +D 1 f ( 1 - Dε 1 )
2
=
μi 2 1 ( 1 - Dε 1 )
Et =
d (σ1 - σ3 ) a = 2, ε d ( ε a +b 1 1 )
( 2)
由此可得 ,起始模量 Ei =
1
a
。
[ 11 ] 简布 ( Janbu )建议用下式表示起始模量随 σ3 的变化 :
E i = kpa
σ3 n . ρ a
1
b
( 3)
如果 ε→∞, 则
(σ1 - σ3 ) ult = , ( 4)
[2]
・21・
和地下工程的数值分析中得到广泛应用 。在作数值计算时 ,必须要得到具体的参数值 。计算参数对计算 结果影响较大 ,为此不少科研工作者采用有限元方法研究邓肯 2 张模型参数变化对各种工程建筑应力和变形 [3 - 6] 的影响 。研究结果表明 k, G, R f , n 对计算结果影响较大 。 目前 ,确定邓肯 - 张模型参数广泛采用的方法是室内三轴试验 , 也是较为可靠的方法 。张云等 律 。史三元等
( 9)
将ε 1 与μ i 的表达式代入式 ( 9 ) ,可得 : μ=
刘红军 ,杨艳秋 ,王丕祥
1 1 2
( 1. 五邑大学 ,广东 江门 529020; 2. 东北林业大学 ,黑龙江 哈尔滨 150040)
摘 要 : 在软土地基上修建高等级公路 ,沉降与稳定性是主要的工程地质问题 。目前对软土地基沉 降与稳定性的预测常采用有限元数值分析方法 。采用有限元数值分析时 , 需要选择合适的力学模 型 ,而邓肯 2 张模型便是其中常用的一个模型 。但该模型有 8 个材料参数 , 软土的成因不同 , 工程性 质存在一定的差异 ,邓肯 2 张模型材料参数也就不同 。基于此 , 利用薄膜取土器从湿地软土地基采集 原状土 ,对湿地形成的两层软土进行不同固结压力下的三轴剪切试验 , 结合邓肯 2 张 模型的力学原 理 ,确定了湿地两层软土该模型的参数 。研究成果可为采用有限单元法分析湿地软土地基的沉降和 稳定性提供参考 。 关键词 : 湿地软土 ; 邓肯 — 张模型 ; 三轴剪切试验 ; 有限单元法 中图分类号 : TU447 文献标识码 : A
1. 17 1. 04
97 95
Байду номын сангаас
2. 17 2. 36
1 邓肯 2 张模型
σ3 为常数 ) 试验曲线找出共同的 邓肯 - 张等人研究的目的 ,是为常规三轴试验所得的 (σ1 - σ3 ) - ε 1 ( 数学表达式 ,并从这个数学公式出发推导出切线模量 Et 的公式
[1] 的三轴试验 (σ1 - σ3 ) - ε ,即 1 曲线 [ 9 - 10 ]
Abstract: Settlem ent and stability are the m ajor engineering geology p roblem when high 2grade highway is built on soft soil foundation. Currently, finite element method is commonly used for settlement and stability p rediction of soft soil foundation. App rop riate mechanical model need to be chosen when numerical analysis by using finite element is carried out, Duncan 2 Chang model is one of them. B ut Duncan 2 Chang model has 8 material parameters which di2 rectly affect the accuracy of results . For differences of the for m ation and engineering p roperties of soft soil, these material parameters are also different . From that point, undisturbed soil samp les were colleted by using fil m soil samp ler from the swamp soil soft foundation, triaxial shear test of s wamp formed two layers soft soil were carried out under different consolidation p ressure. Combined w ith m echanical theory of Duncan 2 Chang model, the model param 2 eters of two layers soft soil were determ ined. The test results can give a reference to analyzing settlement and stabili2 ty of swamp soft soil by use of finite elem ent method. Key words: s wamp soft soil; Duncan 2 Chang model; triaxial shear test; finite element m ethod
D ef in in g f in ite elem en t param eters of D uncan 2 Chang m odel for swam p soft so il
LI U Hong2jun , YANG Yan 2qiu ,WANG Pi2xiang
1 1 2
( 1. W uyi University, J iangmen 529020, China; 2. Northeast Forestry University , Harbin 150040, China)
表 1 湿地两层原状土物理力学性质指标
Table 1 Physical and mechanical p roperties of t wo layers undisturbed swamp soil
测定指标
W /% Gs W /p % W / l % Il e
ρ/ ( g・cm - 3 )
1. 77 1. 81
[8] [7]
根据
大量土样的三轴排水试验得到上海各主要土层的邓肯 2 张 模型参数 , 讨论了模型参数的取值特点和变化规 采取典型粉质粘土层作为土样进行三轴试验 , 得到邓肯 - 张模型参数 。由此可见 , 人们对 邓肯 2 张模型参数进行了一定程度的研究 ,所得到的模型参数为实际工程中岩土工程问题分析计算提供了依 据 。但到目前为止 ,对湿地软土邓肯 2 张模型参数的确定和研究很少有相关资料论述 。因此很有必要对湿地 软土邓肯 2 张模型参数进行试验研究 ,以填补这方面的空白 ,更好地为工程建设服务 。 黑龙江省广泛分布的软土地基由湿地淤积而成 。土样取自黑龙江省境内国道 111 富裕至讷河段的湿地 软土 ,该段湿地淤积的软土有两层 ,第一层为腐殖质粘土 , 黑色 , 厚度一般为 0. 3 ～0. 5 m , 软塑状态 , 含植物 根、 腐殖质 ,接近饱和 ,为高压缩性土 ; 第二层为粉质粘土 ,分布广 ,黄灰色 ,厚度变化在 1. 5 ～6. 2 m 范围 ,软 塑状态 ,干强度与韧性中等 ,呈现出静水环境淤积特点 , 强度较低 , 标准贯入击数大多数小于 5, 承载力特征 值 90 ～140 kPa,室内试验结果表明 ,属于高压塑性土 ,孔隙比大于 1。两层软土的基本物理性质指标见表 1。
Et =
1 -
φ) (σ1 - σ3 ) R f ( 1 - sin φ+2 σ3 sin 2 cco s
kpa
σ3
pa
n
,
( 5)
式中 , R f 称为破坏比 ,定义为
Rf = (σ1 - σ3 ) f 破坏时强度 = 1 (σ1 - σ3 ) u lt (σ1 - σ3 ) 的极限值
可见切线变形模量的公式中共包括 5 个材料常数 k, n,φ, c, R f ,可由三轴试验求得 。 泊松比 μ值虽然也有一些经验公式 , 但不很可靠 。邓肯和张等人根据一些试验资料 , 假定在常规三轴 压缩试验轴向应变 ε 1 与侧向应变 - ε 3 之间也存在双曲线关系 ,即 ε 1 = 现将式 ( 6 )进行数学变换 ,即得 ε ε ε -ε 3 / 1 = f +D ( 3 ) = f - D 31
第 19 卷 第 2 期 自 然 灾 害 学 报 2010 年 4 月 JOURNAL OF NATURAL D ISASTERS 文章编号 : 1004 - 4574 ( 2010 ) 02 - 0020 - 08
Vol . 19 No. 2 Ap r . 2010
湿地软土邓肯 2张模型有限元计算参数的确定