《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)T

地下結(jié)構(gòu)工程第11章11地基與結(jié)構(gòu)的非線性特征和共同作用土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系土的變形特征和本構(gòu)模型鋼筋混凝土的材料變形性質(zhì)的非線性特征地基土與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的非線性共同作用和反演分析理論11.1概述應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系：亦稱本構(gòu)關(guān)系，是在整理分析試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出來的。在試驗基礎(chǔ)上提出某種數(shù)學(xué)模型，把特定條件下的試驗結(jié)果推廣到一般情況，這種數(shù)學(xué)模型就叫做本構(gòu)模型。彈性變形、塑性變形一般情況下巖土類介質(zhì)在應(yīng)力超過一定限度（彈性極限或稱屈服應(yīng)力）后，其變形在卸載后有一部分變形可恢復(fù)，另一部分變形是不可恢復(fù)的，前者稱可逆變形或彈性變形，后者一般稱為不可逆變形或是塑性變形。傳統(tǒng)的彈性理論是基于金屬材料的變形機(jī)制發(fā)展起來的。巖土的變形性態(tài)不完全等同于金屬材料，土有別于金屬和混凝土等連續(xù)的統(tǒng)一體固體材料，需要研究巖土彈塑性狀態(tài)下特有的屬性。應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力球張量和應(yīng)力偏張量

I1J1J2共同作用分析結(jié)構(gòu)物的重量由土的支承力和地下水的浮力來平衡，即通常所說的靜力平衡。上部結(jié)構(gòu)與其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和支承介質(zhì)地基土組成靜力平衡體系，這三部分是彼此不可分離的整體，每一部分的工作性狀都是三者共同作用的結(jié)果。11.3土的本構(gòu)模型11.3.1土的變形特性三軸壓縮試驗：真三軸，常規(guī)三軸1）非線性和彈塑性土體應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

(a)硬化型(b)軟化型土體具有的剪縮和剪脹特征統(tǒng)稱剪脹性。對于軟土和松砂，剪應(yīng)力引起土體壓縮，稱為剪縮；對于密實粘土和緊砂，剪應(yīng)力引起土體膨脹，稱為剪脹。砂土土的的剪剪脹脹性性正常常固固結(jié)結(jié)粘粘土土與與松松砂砂應(yīng)應(yīng)力力－－應(yīng)應(yīng)變變雙雙曲曲線線超固固結(jié)結(jié)粘粘土土或或密密實實砂砂2）應(yīng)應(yīng)力力路路徑徑和和應(yīng)應(yīng)力力歷歷史史的的影影響響應(yīng)力力路路徑徑是是指指應(yīng)應(yīng)力力空空間間中中代代表表應(yīng)應(yīng)力力狀狀態(tài)態(tài)點點在在加加載載時時移移動動的的軌軌跡跡。。不不同同的的應(yīng)力力路路徑徑代代表表不不同同的的加加荷荷方方式式。應(yīng)力力歷歷史史即即指指歷歷史史上上的的應(yīng)應(yīng)力力路路徑徑，，也也影影響響著著土土體體今今后后的的變變形形。。3）中中主主應(yīng)應(yīng)力力的的影影響響中主主應(yīng)應(yīng)力力σ2對土土體體變變形形有有影影響響。。4）固固結(jié)結(jié)壓壓力力的的影影響響在土土體體的的三三軸軸試試驗驗中中，，大大幅幅度度地地改改變變固固結(jié)結(jié)壓壓力力σ3將發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)其其（（σ1-σσ3）~εεa和εa~εv曲線的的特征征有所所不同同。統(tǒng)統(tǒng)表表現(xiàn)出出剪縮縮和硬硬化現(xiàn)現(xiàn)象。三軸軸壓壓縮縮試試驗驗：：常常規(guī)規(guī)三三軸軸5）各各向向異異性性地基基土土的的各向向異異性性分分原原生生和和再再生生兩兩種種。原生生各各向向異異性性是是由由于于地地基基土土水水平平向向成成層層，，水水平平和和豎豎向向土土的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)有有差差異異，，導(dǎo)導(dǎo)致致土土體體應(yīng)應(yīng)力力-應(yīng)變變關(guān)關(guān)系系和和滲滲透透性性的的各各向向異異性性。。再生生各各向向異異性性是是土土體體各各向向應(yīng)應(yīng)力力狀狀態(tài)態(tài)不不同同引引起起的的新新的的各各向向異異性性。。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)。。本講本講要點點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等人利用常常規(guī)三軸壓壓縮試驗所所得的一組組試驗曲線線，找出其其共同數(shù)學(xué)學(xué)公式，從從這一數(shù)學(xué)學(xué)公式導(dǎo)出出切線彈性性模量Et的變化公式式：第一類是以以彈性模量量和泊松比比兩個常數(shù)數(shù)表達(dá)，稱稱作非非線性性彈性模型型；第二類稱作作非非線性模型型國內(nèi)外廣泛泛采用，既既適用于粘粘性土，也也適用于砂砂土，但不不適應(yīng)于密密砂，超固固結(jié)土。主要優(yōu)點：可以利用常常規(guī)三軸剪剪切實驗所所確定的計計算參數(shù)。。局限性：非線性彈性性模型一般般只適用于于荷載不太太大的條件件，不太接接近破壞的的條件。此模型應(yīng)用用單一剪切切試驗結(jié)果果進(jìn)行全部部應(yīng)力應(yīng)變變分析，均均根據(jù)圍壓壓為常量的的試驗結(jié)果果推算，因因此它適應(yīng)應(yīng)于土體的的穩(wěn)定分析析為主的工工程。Duncan-chang模型沒有考考慮剪脹性和應(yīng)應(yīng)力路徑問問題11.3.3彈塑性模型型彈塑性模型型把總應(yīng)變分為為彈性應(yīng)變變和塑性應(yīng)應(yīng)變兩部分分。LADE-DANCAN模型，清華華大學(xué)的模模型。從能量公式式出發(fā)，推推導(dǎo)其屈服服函數(shù)，并并選出加工工硬化定律律，從而建建立應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變關(guān)系，，如著名劍橋模型。。11.4鋼筋混凝土土材料變形形性質(zhì)的非非線性特征征鋼筋混凝土土梁M~n試驗曲線①在混凝土出出現(xiàn)裂縫之之前，即圖圖中OA段：②混凝土出出現(xiàn)裂縫后后，鋼筋進(jìn)進(jìn)入流動狀狀態(tài)之前，，即圖中AB段③長期剛度B為式中Mq和MK為按荷載效效應(yīng)的準(zhǔn)永永久組合、、標(biāo)準(zhǔn)組合合計算的彎彎矩，按《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計規(guī)范范》（GBJ50010-2002）中第8.2.5條采用。11.5地基土與基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的的非線性共共同作用對地基土和和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)材料（鋼鋼筋混凝土土）分別采采用前述的的非線性本本構(gòu)關(guān)系，，用荷載增增量法，即即可按共同同作用方程程進(jìn)行非線線性共同作作用分析。。對每級荷載載建立平衡衡方程，地地基土和基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的的剛度系按按上一級荷荷載施加后后累計的應(yīng)應(yīng)力水平來來確定。（1）地基上的的有限大板板考慮慮基基礎(chǔ)礎(chǔ)材材料料的的非非線線性性可可大大大大提提高高承承載載能能力力的的估估計計值值。。（2）地地基基上上的的無無限限大大板板(3)空間間問問題題的的試試驗驗驗驗證證地基基與與基基礎(chǔ)礎(chǔ)不不同同非非線線性性組組合合下下共共同同作作用用的的結(jié)結(jié)果果①板為為線線彈彈性性，，地地基基土土亦亦為為線線彈彈性性；；②板板為為非非線線性性彈彈性性，，地地基基土土仍仍為為線線彈彈性性；；③板板為為線線彈彈性性，，地地基基土土為為非非線線性性彈彈性性。。④板板和和地地基基土土均均為為非非線線性性彈彈性性。。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法法。位移反分分析法可