《地下結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)》第十一章地基與結(jié)構(gòu)的非線性特征和共同作用培訓(xùn)PPT

地下結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)工程程第11章11地基與結(jié)結(jié)構(gòu)的非非線性特特征和共共同作用用土的應(yīng)力力—應(yīng)變關(guān)系系土的變形形特征和和本構(gòu)模模型鋼筋混凝凝土的材材料變形形性質(zhì)的的非線性性特征地基土與與基礎(chǔ)結(jié)結(jié)構(gòu)的非非線性共共同作用用和反演演分析理理論11.1概述應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系系：亦稱本構(gòu)構(gòu)關(guān)系，，是在整整理分析析試驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)的基基礎(chǔ)上提提出來的的。在試驗(yàn)基基礎(chǔ)上提提出某種種數(shù)學(xué)模模型，把把特定條條件下的的試驗(yàn)結(jié)結(jié)果推廣廣到一般般情況，，這種數(shù)數(shù)學(xué)模型型就叫做做本構(gòu)模型型。彈性變形形、塑性性變形一般情況況下巖土土類介質(zhì)質(zhì)在應(yīng)力力超過一一定限度度（彈性性極限或或稱屈服服應(yīng)力））后，其其變形在在卸載后后有一部部分變形形可恢復(fù)復(fù)，另一一部分變變形是不不可恢復(fù)復(fù)的，前前者稱可逆變形形或彈性變變形，后后者一般般稱為不可逆變變形或是塑性性變形。。傳統(tǒng)的彈彈性理論論是基于金金屬材料料的變形形機(jī)制發(fā)發(fā)展起來來的。。巖土的變變形性態(tài)態(tài)不完全等等同于金金屬材料料，土有有別于金金屬和混混凝土等等連續(xù)的的統(tǒng)一體體固體材材料，需需要研究究巖土彈彈塑性狀狀態(tài)下特特有的屬屬性。應(yīng)力與應(yīng)應(yīng)變應(yīng)力球張張量和應(yīng)應(yīng)力偏張張量I1J1J2共同作用用分析結(jié)構(gòu)物的的重量由由土的支支承力和和地下水水的浮力力來平衡衡，即通通常所說說的靜力力平衡。。上部結(jié)構(gòu)構(gòu)與其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)和支承介介質(zhì)地基土組成靜力平衡衡體系，這三部部分是彼彼此不可可分離的的整體，，每一部部分的工工作性狀狀都是三三者共同同作用的的結(jié)果。。11.3土的本構(gòu)構(gòu)模型11.3.1土的變形形特性三軸壓縮縮試驗(yàn)：：真三軸軸，常規(guī)規(guī)三軸1）非線性性和彈塑塑性土體應(yīng)力力-應(yīng)變關(guān)系系(a)硬化型(b)軟化型土體具有有的剪縮縮和剪脹脹特征統(tǒng)統(tǒng)稱剪脹性。對于軟土土和松砂砂，剪應(yīng)應(yīng)力引起起土體壓壓縮，稱稱為剪縮；對于密密實(shí)粘土土和緊砂砂，剪應(yīng)應(yīng)力引起起土體膨膨脹，稱稱為剪脹。砂土的剪剪脹性正常固結(jié)結(jié)粘土與與松砂應(yīng)應(yīng)力－應(yīng)應(yīng)變雙曲曲線超固結(jié)粘粘土或密密實(shí)砂2）應(yīng)力路路徑和應(yīng)應(yīng)力歷史史的影響響應(yīng)力路徑徑是指應(yīng)應(yīng)力空間間中代表表應(yīng)力狀狀態(tài)點(diǎn)在在加載時(shí)時(shí)移動(dòng)的的軌跡。。不同的的應(yīng)力路徑徑代表不不同的加加荷方式式。應(yīng)力歷史史即指歷歷史上的的應(yīng)力路路徑，也也影響著著土體今今后的變變形。3）中主應(yīng)應(yīng)力的影影響中主應(yīng)力力σ2對土體變變形有影影響。。4）固結(jié)壓壓力的影影響在土體的的三軸試試驗(yàn)中，，大幅度度地改變變固結(jié)壓壓力σ3將發(fā)現(xiàn)其其（σ1-σ3）~εa和εa~εv曲線的特特征有所所不同。。統(tǒng)統(tǒng)表現(xiàn)現(xiàn)出剪縮縮和硬化化現(xiàn)象。三軸壓縮縮試驗(yàn)：：常規(guī)三三軸5）各向異異性地基土的的各向異性性分原生生和再生生兩種。原生各向向異性是是由于地地基土水水平向成成層，水水平和豎豎向土的的結(jié)構(gòu)有有差異，，導(dǎo)致土土體應(yīng)力力-應(yīng)變關(guān)系系和滲透透性的各各向異性性。再生各向向異性是是土體各各向應(yīng)力力狀態(tài)不不同引起起的新的的各向異異性。6）流變性性具有彈性、塑塑性和粘粘滯性的粘彈塑塑性體。。土體的應(yīng)應(yīng)變和強(qiáng)強(qiáng)度除與與有效應(yīng)應(yīng)力有關(guān)關(guān)外，還還受到時(shí)間的影響，，這種特特征稱為為土的流變變性質(zhì)。。本講本講要點(diǎn)點(diǎn)了解共同同作用分分析；理解土的的變形特特性11.3.2彈性非線線性模型型1.Duncan-chang模型；Duncan等人利用用常規(guī)三三軸壓縮縮試驗(yàn)所所得的一一組試驗(yàn)驗(yàn)曲線，，找出其其共同數(shù)數(shù)學(xué)公式式，從這這一數(shù)學(xué)學(xué)公式導(dǎo)導(dǎo)出切線線彈性模模量Et的變化公公式：第一類是是以彈性性模量和和泊松比比兩個(gè)常常數(shù)表達(dá)達(dá)，稱作作非非線性彈彈性模型型；第二類稱稱作非非線性性模型國內(nèi)外廣廣泛采用用，既適適用于粘粘性土，，也適用用于砂土土，但不不適應(yīng)于于密砂，，超固結(jié)結(jié)土。主要優(yōu)點(diǎn)：可以利用用常規(guī)三三軸剪切切實(shí)驗(yàn)所所確定的的計(jì)算參參數(shù)。局限性：非線性彈彈性模型型一般只只適用于于荷載不不太大的的條件，，不太接接近破壞壞的條件件。此模型應(yīng)應(yīng)用單一一剪切試試驗(yàn)結(jié)果果進(jìn)行全全部應(yīng)力力應(yīng)變分分析，均均根據(jù)圍圍壓為常常量的試試驗(yàn)結(jié)果果推算，，因此它它適應(yīng)于于土體的的穩(wěn)定分分析為主主的工程程。Duncan-chang模型沒有有考慮剪脹性和和應(yīng)力路路徑問題題11.3.3彈塑性模模型彈塑性模模型把總應(yīng)變分分為彈性性應(yīng)變和和塑性應(yīng)應(yīng)變兩部部分。LADE-DANCAN模型，清清華大學(xué)學(xué)的模型型。從能量公公式出發(fā)發(fā)，推導(dǎo)導(dǎo)其屈服服函數(shù)，，并選出出加工硬硬化定律律，從而而建立應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變變關(guān)系，，如著名名劍橋模型型。11.4鋼筋混凝凝土材料料變形性性質(zhì)的非非線性特特征鋼筋混凝凝土梁M~n試驗(yàn)曲線線①在混凝土土出現(xiàn)裂裂縫之前前，即圖圖中OA段：②混凝土土出現(xiàn)裂裂縫后，，鋼筋進(jìn)進(jìn)入流動(dòng)動(dòng)狀態(tài)之之前，即即圖中AB段③長期剛度度B為式中Mq和MK為按荷載載效應(yīng)的的準(zhǔn)永久久組合、、標(biāo)準(zhǔn)組組合計(jì)算算的彎矩矩，按《混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范》（GBJ50010-2002）中第8.2.5條采用。。11.5地基土與與基礎(chǔ)結(jié)結(jié)構(gòu)的非非線性共共同作用用對地基土土和基礎(chǔ)礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材材料（鋼鋼筋混凝凝土）分分別采用用前述的的非線性性本構(gòu)關(guān)關(guān)系，用用荷載增增量法，，即可按按共同作作用方程程進(jìn)行非非線性共共同作用用分析。。對每級荷荷載建立立平衡方方程，地地基土和和基礎(chǔ)結(jié)結(jié)構(gòu)的剛剛度系按按上一級級荷載施施加后累累計(jì)的應(yīng)應(yīng)力水平平來確定定。（1）地基上上的有限限大板考慮基礎(chǔ)礎(chǔ)材料的的非線性性可大大大提高承承載能力力的估計(jì)計(jì)值。（2）地基上上的無限限大板(3)空間問題題的試驗(yàn)驗(yàn)驗(yàn)證地基與基基礎(chǔ)不同同非線性性組合下下共同作作用的結(jié)結(jié)果①板為線彈彈性，地地基土亦亦為線彈彈性；②板為非非線性彈彈性，地地基土仍仍為線彈彈性；③板為線線彈性，，地基土土為非線線性彈性性。④板和地地基土均均為非線線性彈性性。剛性板:地基土的的非線性性對基底反反力和板板內(nèi)力的的分布形形式與數(shù)數(shù)值大小小起著決決定性的的影響。。柔性板:決定反力力和內(nèi)力力分布形形式與大大小的主主要因素素是鋼筋混凝凝土的非非線性，而地基基土的非非線性所所起作用用相比較較而言就就很小。。不同非線線性組合合下基礎(chǔ)礎(chǔ)板計(jì)算算結(jié)果11.6地下工程程反分析析首先建立立問題的的力學(xué)模模型，然然后根據(jù)據(jù)介質(zhì)的的力學(xué)參參數(shù)、受受力狀態(tài)態(tài)和邊界界條件以以及施工工條件，，求出巖巖土體的的位移、、應(yīng)力和和應(yīng)變等等物理量量，這一一過程稱稱之為正分析。。從結(jié)果反反過來尋尋求巖土土體的本本構(gòu)模型型和相應(yīng)應(yīng)的計(jì)算算參數(shù)的的過程與與正分析析正好相相反，稱之為反反分析。。位移為依據(jù)的的位移反反分析法法為巖土土工程反反分析中中應(yīng)用最最為廣泛泛的方