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1、FLACD巖土軟件本構(gòu)模型本構(gòu)模型類型代表性的材料類型應(yīng)用實(shí)例零模型挖空區(qū)洞穴,開(kāi)挖和將要回填的區(qū)域各向同性彈性模型均勻各向同性連續(xù)體材料,具有線形應(yīng)力應(yīng)變行為的材料處于強(qiáng)度極限下的人工材料(如鋼材) ,安全系數(shù)法計(jì)算橫觀各向同性彈性模型具有彈性各向異性力學(xué)行為的薄板層狀材料(如板巖) 加載不超過(guò)強(qiáng)度極限的薄板層狀材料德魯克-普拉格塑性模型應(yīng)用有限;內(nèi)摩擦角低的軟土常用于和隱式有限元程序進(jìn)行比較摩爾-庫(kù)侖塑性模型松散狀和粘結(jié)狀粒狀散體材料:土體、巖石、混凝土通用的巖土力學(xué)模型(如邊坡穩(wěn)定問(wèn)題和地下開(kāi)挖)節(jié)理化塑性模型具有強(qiáng)度各向異性的薄板層狀材料(如板巖)緊密沉積層開(kāi)挖應(yīng)變硬化/軟化摩爾-庫(kù)侖

2、模型具有非線性硬化和軟化行為的粒狀散體材料雙線性應(yīng)變強(qiáng)化/軟化節(jié)理化塑性模型具有非線性強(qiáng)化和軟化行為的薄板層狀材料用于研究薄板層狀材料破壞后力學(xué)行為雙屈服塑性模型壓應(yīng)力可以引起不可恢復(fù)的體積縮小的低粘結(jié)性的粒狀散體材料水力回填材料修正的劍橋粘土模型霍克-布朗模型可塑性和剪切強(qiáng)度是體積變化的函數(shù)的材料各向同性巖石材料位于粘土中的巖土工程位于巖石中的巖土工程一般性考慮 選擇本構(gòu)模型及參數(shù)彈性本構(gòu)模型零模型 所有的應(yīng)力均為零: 模擬挖空區(qū)彈性模型 各向同性,線性各項(xiàng)異性 彈性,假定單元為橫觀各項(xiàng)異性bg a-b 面為對(duì)稱面. a, b 軸與 x, y軸呈任意角度afbxy德魯克-布拉格; 摩爾-庫(kù)倫

3、; 單一節(jié)理; 應(yīng)變硬化-軟化; 雙屈服; 修正劍橋粘土; 霍克-布朗所有模型都由屈服函數(shù),硬化/軟化函數(shù),和流動(dòng)準(zhǔn)那么描述;塑性流動(dòng)基于塑性理論,即總應(yīng)變可以分解為彈性分量和塑性分量,只有彈性應(yīng)變分量根據(jù)彈性定律引起應(yīng)力增加。而且,彈性和塑性分量與主應(yīng)力同軸;德魯克-布拉格,摩爾-庫(kù)倫,單一節(jié)理, 應(yīng)變硬化-軟化模型使用剪切屈服函數(shù)和非相關(guān)聯(lián)流動(dòng)法那么;德魯克-布拉格,摩爾-庫(kù)倫,單一節(jié)理, 應(yīng)變硬化-軟化模型另外還定義了拉伸強(qiáng)度準(zhǔn)那么及其相關(guān)流動(dòng)法那么;所有模型都使用有效應(yīng)力描述;雙屈服和修正劍橋粘土考慮了體積改變對(duì)材料可變形性和體積變形的影響;霍克-布朗包含非線性破壞面,隨圍壓改變的塑性

4、流動(dòng)法那么.塑性本構(gòu)模型德魯克-布拉格 帶有非相關(guān)流動(dòng)法那么的彈性/塑性模型:剪切屈服應(yīng)力是平均應(yīng)力的函數(shù)Cst kf /qfB kf ft=0 fs=0Ats德魯克-布拉格 破壞準(zhǔn)那么摩爾-庫(kù)侖 帶有非相關(guān)流動(dòng)法那么的彈性/塑性模型: 根據(jù)最大及最小主應(yīng)力進(jìn)展判斷CBA fs=0sts1 s3-s1=0+- ft=0s3FLAC中的摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)那么t 坡度 = G(常應(yīng)力 sn)g霍克-布朗模型 非線性破壞面是一個(gè)經(jīng)歷公式, 用來(lái)描述均質(zhì)巖體的強(qiáng)度極限. 該模型的塑性流動(dòng)法那么是圍壓的函數(shù). 本構(gòu)模型的選擇注意:1 材料的本構(gòu)模型必須先定義,以便繪圖或顯示材料參數(shù)。2如果材料參數(shù)關(guān)鍵字與

5、本構(gòu)模型不協(xié)調(diào),那么彈出警告信息,提示用戶承受了不需要的材料參數(shù)值;3本構(gòu)模型需要的材料參數(shù)沒(méi)有指定時(shí),系統(tǒng)使用默認(rèn)值,除非另外指定,默認(rèn)值為0Model rangeProp model mohrprop bulk = 1e8 shear = 0.3e8 fric = 35 prop coh = 1e10 tens = 1e10 。 model null range x=2,4 y=2,6 z=5,10 例7-1 摩爾-庫(kù)倫壓縮測(cè)試newgen zone cyl p0 0 0 0 p1 1 0 0 p2 0 2 0 p3 0 0 1 size 4 5 4gen zone reflect nor

6、m 1,0,0gen zone reflect norm 0,0,1model mohrprop coh 2.72e5 fric 44 ten 2e5fix x y z range y -.1 .1ini yvel 1e-7 range y -.1 .1ini pp 1e5hist gp ydisp 0,0,0 ;采樣記錄座標(biāo)0,0,0處節(jié)點(diǎn)y方向位移hist zone syy 0,1,0 ;采樣記錄座標(biāo)0,1,0處單元體yy方向應(yīng)力hist zone syy 1,1,0 ;采樣記錄座標(biāo)1,1,0處單元體yy方向應(yīng)力step 3000例7-2 應(yīng)變硬化軟化模型測(cè)試newgen zone cyl

7、 p0 0 0 0 p1 1 0 0 p2 0 2 0 p3 0 0 1 size 4 5 4gen zone reflect norm 1,0,0gen zone reflect norm 0,0,1model ssprop coh 2.72e5 fric 44 ten 2e5prop ctab 1 ftab 2table 2 0,44 1e-4,42 2e-4,40 3e-4,38 1,38 5fix x y z range y -.1 .1ini yvel 1e-7 range y -.1 .1ini pp 1e5hist gp ydisp 0,0,0 ;采樣記錄座標(biāo)0,0,0處節(jié)點(diǎn)y方

8、向位移hist zone syy 0,1,0 ;采樣記錄座標(biāo)0,1,0處單元體yy方向應(yīng)力hist zone syy 1,1,0 ;采樣記錄座標(biāo)1,1,0處單元體yy方向應(yīng)力step 30003 材料參數(shù)的附加關(guān)鍵字有三個(gè)附加關(guān)鍵字來(lái)修訂材料參數(shù)賦值,必須緊跟在參數(shù)值后4 材料變形參數(shù)5 材料的強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)聚力、摩擦角和抗拉強(qiáng)度 德魯克一普拉格模型的強(qiáng)度參數(shù)。l以通過(guò)內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角得到,例如,假設(shè)德魯克一普拉格破壞在摩爾一庫(kù)侖范圈內(nèi),那么德魯克一普拉格模型參數(shù)。和 與c、 有如下關(guān)系式6 后破壞參數(shù)有許多實(shí)例,特別是在采礦工程領(lǐng)域, 材料剛破壞時(shí)的反響是設(shè)計(jì)中重要的考慮因素,因此,這種后破壞行

9、為必須考慮。在FLAC3D中,后破壞行為的反響定義為四種類型:剪切膨脹、剪切硬化/軟化、體積硬化/軟化、抗拉軟化。摩爾-庫(kù)侖模型、多節(jié)理模型、應(yīng)變軟化多節(jié)理模型可以模仿剪切膨脹,應(yīng)變軟化模型、多節(jié)理模型可以模仿剪切硬化/軟化,修正劍橋模型可以模仿體積硬化/軟化,應(yīng)變軟化模型、多節(jié)理模型可以模仿抗拉軟化。剪切膨脹剪切硬化/軟化材料硬化或軟化是在塑性屈服開(kāi)場(chǎng)后的一個(gè)漸變過(guò)程,變形變得越來(lái)越無(wú)彈性,直到碎裂而致破壞。對(duì)每一特定的分析,硬化和軟化的參數(shù)必須校準(zhǔn),它是通過(guò)三軸實(shí)驗(yàn)值后算出來(lái)的,通常是在迭代過(guò)程中發(fā)現(xiàn)硬化和軟化的表達(dá)式。有關(guān)此方l頤的壓縮實(shí)驗(yàn)見(jiàn)例題。數(shù)字測(cè)試條件可能影響剪切硬化和軟化的特性

10、。因此,單元體人小和網(wǎng)格形狀對(duì)模型的計(jì)算是很重要的,例題8-1單軸壓縮實(shí)驗(yàn)剪切軟化材料的應(yīng)用,在包含細(xì)密單元體的樣件的頂部和底部慢速施加壓力,軟化反響如圖8一2應(yīng)變一位移曲線所示,剪切涉及區(qū)域分別如圖8-3和圖8一4所示,塑性區(qū)是一個(gè)放射螺旋構(gòu)造的漏斗形狀。例題 應(yīng)變軟化材料的單軸實(shí)驗(yàn)。gen zone cyl p0 0 0 0 p1 1 0 0 p2 0 4 0 p3 0 0 1 size 12 30 12gen zone reflect norm 1,0,0gen zone reflect norm 0,0,1model ss ;應(yīng)變硬化/軟化模型pro den 2500 bulk 2e8

11、 she 1e8 co 2e6 fric 45 ten 1e6 dil 10pro ftab 1 ctab 2 dtab 3table 1 0 45 .05 42 .1 40 1 40table 2 0 2e6 .05 1e6 .1 5e5 1 5e5table 3 0 10 .05 3 .1 0fix x y z range y -.1 .1ini yvel 2.5e-5 range y -.1 .1new Title;應(yīng)變軟化材料單軸實(shí)驗(yàn)def ax_strstr = 0pnt = gp_headloop while pnt # nullif gp_ypos(pnt) 0.1 thenst

12、r = str + gp_yfunbal(pnt)endifpnt = gp_next(pnt)endloopax_str = str / pi ; cylinder radius = 1endhist n 1hist gp ydisp 0,0,0hist ax_strhist gp xdisp 1,1,0plot hist -2 vs 1 ;axial stress vs axial disp.step 5000def ShowPlasticZoneszp = zone_headloop while zp # nullz_group(zp) = yieldelsez_group(zp) =

13、otherendifzp = z_next(zp)endLoopendShowPlasticZonesplo crea qqqplo add surf red range group yieldplo add axes greenplo set rot 123 313 36.3 體積硬化/軟化體積硬化化關(guān)系到不可逆壓縮,增加同向壓力可以引起體積永久減小,在膠結(jié)的砂、礫石和固結(jié)的粘土中,這種現(xiàn)象最常見(jiàn)??梢杂媚一Y模型和劍橋模型來(lái)模擬體積硬化/軟化,D一Y模型假設(shè)硬化取決于塑性應(yīng)變,而劍橋模型那么把硬化作為切應(yīng)變和體應(yīng)變的函數(shù)處理。關(guān)于體積硬化的修正劍橋模型的簡(jiǎn).單練習(xí)見(jiàn)例題8一2,有關(guān)結(jié)果如

14、圖8-58-8劍橋模型各向同性壓縮實(shí)驗(yàn)例題newgen zone brick p0 0 0 0 p1 1 0 0 p2 0 1 0 p3 0 0 1 size 1 1 1Title Isotropic compression test for normally consolidated soilmodel cam-clayprop shear 250. bulk_bound 10000.fix x y zini sxx -5. syy -5. szz -5.; - 定義fish 函數(shù) - (numerical values for p, q, v)def camclay_ini_pp_z =

15、zone_headloop while p_z # nullmean_p = -(z_sxx(p_z) + z_syy(p_z) + z_szz(p_z)/3.0 - z_pp(p_z)z_prop(p_z,cam_cp) = mean_pp_z = z_next(p_z)endloopendcamclay_ini_p; - 定義fish 函數(shù) - (numerical values for p, q, v)def pathp_z = zone_headsp = z_prop(p_z,cam_cp)sq = z_prop(p_z,cq)sqcr= sp*z_prop(p_z,mm)if sp

16、= 0.0 thensp = 1.endiflnp = ln(sp)svol = z_prop(p_z,cv)mk = z_prop(p_z,bulk)mg = z_prop(p_z,shear)cpc = z_prop(p_z,mpc)end; . 裝載-卸載練習(xí) .def triploop i (1,5)commandstep 300step 1000ini xvel mul -1. yvel mul -1. zvel mul -1.step 1000end_commandend_loopend; - 采樣記錄 -his nstep 20his unbalhis pathhis sphis

17、 lnphis sqhis svolhis mkhis mghis gp zdisp 0 0 1; - 試驗(yàn) -Trip; - 結(jié)果 -plot his 3 vs -9plot his 6 vs 4plot his 7 8 vs -96.4 抗拉軟化抗拉破壞開(kāi)場(chǎng),材料的抗拉強(qiáng)度跌至零,在FLAC 3D中由塑性抗拉應(yīng)變控制抗拉強(qiáng)度的下降速率和抗拉軟化的發(fā)生,這在應(yīng)變硬化/軟化模型可以通過(guò)Table命令或FISH函數(shù)得以控制。現(xiàn)舉一簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明抗拉軟化現(xiàn)象,在圓柱試樣兩端施加恒定速率使其別離,程序見(jiàn)例題8一3。試樣網(wǎng)格如圖8一9,軸向應(yīng)力與軸向位移的關(guān)系如圖8-10,徑向位移與抽向位移的關(guān)系如圖

18、8一11所示。從圖8-1.看出,中心就下降為零。此時(shí),從 -1 看.;,徑向位移由原來(lái)的收縮變?yōu)榕蛎浾f(shuō)明抗拉軟化發(fā)生。1抗拉軟化材料的抗拉試驗(yàn)newgen zone cyl p0 0 0 0 p1 1 0 0 p2 0 2 0 p3 0 0 1 size 4 5 4gen zone reflect norm 1,0,0gen zone reflect norm 0,0,1model ss ;應(yīng)變硬化/軟化模型prop coh 2.72e5 fric 44 ten 2e5prop ttab 1table 1 0,2e5 2e-5,0; - 邊界及初始條件 -fix x y z range y -.1 .1ini yvel -1e-8 range y -.1 .1def ax_strstr = 0pnt = gp_headloop while pnt # nullif gp_ypos(pnt) 0.1 then ; Y軸方向坐標(biāo)的所有

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