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基本参数

以下材料参数对于所有的材料模型来说都是必需的。

天然容重γ –岩土体的干容重(地下水位以上的岩土体)。地下水位以下岩土体的容重采用其他参数计算,见“浮容重”章节。

弹性模量E

弹性模量假定材料的刚度在整个加载过程中是不变的。但是对于岩土材料,这个假设只在很窄的一段可恢复的弹性变形区间内成立。当满足塑性条件时,弹性模量E对岩土材料在非线性模型中的应力应变行为几乎没有影响。

在一个给定的材料模型中,对于用户应该采用哪些材料参数以及这些材料参数应当取什么值(初始值,切线值,割线值...)的问题并没有一个简单而明确的答案。为了选择一个合适的模量类型,用户需要知道岩土材料在需要分析的岩土问题中的应力应变行为,并根据三轴试验得到的结果,选择相应的应力路径来对模量赋值。不过,这里也有一些建议用户可以采用。

理想应力-应变曲线和不同的土体模量

以下是对杨氏弹性模量E的相关说明:

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瞬时模量 E0 小荷载情况(假设应力-应变为线性关系),或当计算瞬时沉降时采用该模量

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割线模量E50  对应参考应力为最大应力(破坏时的应力)的一半(例如,用于分析扩展基础和桩基的沉降)

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变形模量Edef 由实验得到的应力-应变曲线确定。当采用修正线弹性模型时(该模型假设岩土材料在加载和卸载中的应力应变行为不同),需要使用该模量。当分析岩土材料的卸载问题时(例如,地下构筑物,基坑底部隆起),使用该模量同使用由卸载回弹曲线得到的弹性模量Eur相比,将得到更大的变形结果。两个模量的近似关系如下:

-

压缩模量Eoed 取决于岩土材料的应力水平,应当根据岩土材料可能产生的应力大小范围来使用。EdefEoed之间的关系式如下:

其中:

ν

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泊松比

Edef

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变形模量(割线模量)

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卸载-再加载模量Eur 由卸载回弹曲线得到,在分析岩土材料的卸载问题时(开挖)使用,并且当使用修正线弹性模型时必须定义该弹性模量。

该弹性模量的值应当由三轴剪切试验测得。如果采用其他的试验方法(贯入试验,静力触探等),则需要设置一些相关文献中定义的相关系数。

在实际的建模过程中,建议先采用弹性模型分析,然后检查得到的应变场——根据Hookes 定律,这样的应变同施加的荷载和采用的弹性模量呈线性关系。如果得到的应变(位移)已经过大,用户则需重新设置之前采用的弹性模量的值

泊松比ν– 均质弹性材料单向作用法向应力时其竖向应变和横向应变的比值,其表达式如下:

其中:

εy

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竖向应变

εx

-

水平应变

泊松比的确定相对较简单。用户可以利用内嵌的岩土材料数据库来选择该岩土材料的泊松比值。如果施加的是小荷载,并使用了瞬时模量E0,那么也需要设置用于初始加载时的泊松比ν0

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