《地下結構工程施工技術》第十一章地基與結構的非線性特征和同作用培訓

地下結構工程第11章11地基與結構的非線性特征和共同作用土的應力—應變關系土的變形特征和本構模型鋼筋混凝土的材料變形性質的非線性特征地基土與基礎結構的非線性共同作用和反演分析理論11.1概述應力—應變關系：亦稱本構關系，是在整理分析試驗數(shù)據(jù)的基礎上提出來的。在試驗基礎上提出某種數(shù)學模型，把特定條件下的試驗結果推廣到一般情況，這種數(shù)學模型就叫做本構模型。彈性變形、塑性變形一般情況下巖土類介質在應力超過一定限度（彈性極限或稱屈服應力）后，其變形在卸載后有一部分變形可恢復，另一部分變形是不可恢復的，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。應力與應變應力球張量和應力偏張量

I1J1J2共同作用分析結構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。上部結構與其基礎結構和支承介質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果。11.3土的本構模型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力-應變關系

(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，剪應力引起土體壓縮，稱為剪縮；對于密實粘土和緊砂，剪應力引起土體膨脹，稱為剪脹。砂土的剪脹性正常固結粘土與松砂應力－應變雙曲線超固結粘土或密實砂2）應力路徑和應力歷史的影響應力路徑是指應力空間中代表應力狀態(tài)點在加載時移動的軌跡。不同的應力路徑代表不同的加荷方式。應力歷史即指歷史上的應力路徑，也影響著土體今后的變形。3）中主應力的影響中主應力σ2對土體變形有影響。4）固結壓力的影響在土體的三軸試驗中，大幅度地改變固結壓力σ3將發(fā)現(xiàn)其（σ1-σ3）~εa和εa~εv曲線的特征有所不同。統(tǒng)統(tǒng)表現(xiàn)出剪縮和硬化現(xiàn)象。三軸壓縮試驗：常規(guī)三軸5）各向異性地基土的各向異性分原生和再生兩種。原生各向異性是由于地基土水平向成層，水平和豎向土的結構有差異，導致土體應力-應變關系和滲透性的各向異性。再生各向異性是土體各向應力狀態(tài)不同引起的新的各向異性。6）流變性具有彈性、塑性和粘滯性的粘彈塑性體。土體的應變和強度除與有效應力有關外，還受到時間的影響，這種特征稱為土的流變性質。本講

本講要點了解共同作用分析；理解土的變形特性11三.3三.2彈性三非線三性模三型1.三Du三nc三an三-c三ha三ng模型三；Du三nc三an等人三利用三常規(guī)三三軸三壓縮三試驗三所得三的一三組試三驗曲三線，三找出三其共三同數(shù)三學公三式，三從這三一數(shù)三學公三式導三出切三線彈三性模三量Et的變三化公三式：第一三類是三以彈三性模三量和三泊松三比兩三個常三數(shù)表三達，三稱作三非線三性彈三性模三型；第二三類稱三作三非線三性模三型國內三外廣三泛采三用，三既適三用于三粘性三土，三也適三用于三砂土三，但三不適三應于三密砂三，超三固結三土。主要優(yōu)點三：可以三利用三常規(guī)三三軸三剪切三實驗三所確三定的三計算三參數(shù)三。局限三性：非線三性彈三性模三型一三般只三適用三于荷三載不三太大三的條三件，三不太三接近三破壞三的條三件。此模三型應三用單三一剪三切試三驗結三果進三行全三部應三力應三變分三析，三均根三據(jù)圍三壓為三常量三的試三驗結三果推三算，三因此三它適三應于三土體三的穩(wěn)三定分三析為三主的三工程三。Du三nc三an三-c三ha三ng模型三沒有三考慮剪脹三性和三應力三路徑三問題11三.3三.3彈塑三性模三型彈塑三性模三型把總應三變分三為彈三性應三變和三塑性三應變三兩部三分。LA三DE三-D三AN三CA三N模型三，清三華大三學的三模型三。從能三量公三式出三發(fā)，三推導三其屈三服函三數(shù)，三并選三出加三工硬三化定三律，三從而三建立三應力三應變三關系三，如三著名劍橋三模型三。11三.4鋼筋三混凝三土材三料變三形性三質的三非線三性特三征鋼筋三混凝三土梁M~三n試驗三曲線①在混三凝土三出現(xiàn)三裂縫三之前三，即三圖中OA段：②混三凝土三出現(xiàn)三裂縫三后，三鋼筋三進入三流動三狀態(tài)三之前三，即三圖中AB段③長期三剛度B為式中Mq和MK為按三荷載三效應三的準三永久三組合三、標三準組三合計三算的三彎矩三，按《混凝三土結三構設三計規(guī)三范》（GB三J5三00三10三-2三00三2）中三第條三采用三。11三.5地基三土與三基礎三結構三的非三線性三共同三作用對地三基土三和基三礎結三構材三料（三鋼筋三混凝三土）三分別三采用三前述三的非三線性三本構三關系三，用三荷載三增量三法，三即可三按共三同作三用方三程進三行非三線性三共同三作用三分析三。對每三級荷三載建三立平三衡方三程，三地基三土和三基礎三結構三的剛三度系三按上三一級三荷載三施加三后累三計的三應力三水平三來確三定。（1）地三基上三的有三限大三板考慮三基礎三材料三的非三線性三可大三大提三高承三載能三力的三估計三值。（2）地三基上三的無三限大三板(3三)空間三問題三的試三驗驗三證地基三與基三礎不三同非三線性三組合三下共三同作三用的三結果①板為三線彈三性，三地基三土亦三為線三彈性三；②板三為非三線性三彈性三，地三基土三仍為三線彈三性；③板三為線三彈性三，地三基土三為非三線性三彈性三。④板三和地三基土三均為三非線三性彈三性。剛性三板:地基三土的三非線三性對基三底反三力和三板內三力的三分布三形式三與數(shù)三值大三小起三著決三定性三的影三響。柔性三板:決定三反力三和內三力分三布形三式與三大小三的主三要因三素是鋼筋三混凝三土的三非線三性，而三地基三土的三非線三性所三起作三用相三比較三而言三就很三小。不同三非線三性組三合下三基礎三板計三算結三果11三.6地下三工程三反分三析首先三建立三問題三的力三學模三型，三然后三根據(jù)三介質三的力三學參三數(shù)、三受力三狀態(tài)三和邊三界條三件以三及施三工條三件，三求出三巖土三體的三位移三、應三力和三應變三等物三理量三，這三一過三程稱三之為正分三析。從結三果反三過來三尋求三巖土三體的三本構三模型三和相三應的三計算三參數(shù)三的過三程與三正分三析正三好相三反，稱之三為反三分析三。位三移為依三據(jù)的三位移三反分三析法三為巖三土工三程反三分析三中應三用最三為廣三泛的三方法三。位移三反分三析法三可分三為圖解三法、三解析