杭州淤泥质粉质黏土小应变硬化土模型参数试验及工程应用

小应变硬化土(HSS)模型被广泛用于软土地区分析基坑开挖对周边环境的影响。淤泥质粉质黏土是一种高灵敏性土,对基坑开挖工程有很大影响。本文介绍HSS模型13个参数及其确定方法。选取杭州淤泥质粉质黏土,开展标准固结试验、三轴固结排水试验、三轴固结排水加载—卸载—再加载试验和弯曲元试验等一系列室内试验,确定杭州淤泥质粉质黏土HSS模型参数的取值及其比例关系。依托杭州2个典型工程案例,分别建立基坑开挖三维有限元模型,分析围护结构深层水平位移和支撑轴力,并对比实测数据和数值模拟结果,验证杭州淤泥质粉质黏土HSS模型参数取值合理性。该研究可为淤泥质粉质黏土地层基坑开挖数值模拟HSS模型参数取值提供参考。

硬化土模型在OpenSees中的实现

为了更好地描述不同岩土的力学行为,将硬化土模型集成于OpenSees中,从刚度参数、屈服函数及塑性势函数3个方面概述了硬化土本构模型理论。基于模型理论,根据隐式积分算法推导出硬化土模型的有限元算法格式并给出实现流程,该算法考虑了屈服面交汇处角区域应力更新问题。结合程序流程和OpenSees接口,将模型在软件中进行了实现,并从理论解及试验对比验证了模型开发的正确性。结果表明:算法推导及程序实现正确。硬化土模型在OpenSees中的实现,弥补了OpenSees三维岩土材料的不足,扩大了OpenSees的应用范围。

小应变硬化土本构模型在FLAC3D中的开发及应用

为了准确模拟岩土介质的加/卸载力学特征,引入了硬化土及小应变本构模型.从屈服函数、硬化规律、塑性势函数、流动法则及小应变刚度方面介绍了程序的开发流程,利用VC++语言编译了动态链接库,实现了在FLAC3D 3.0中的加载和调用.通过与小应变模型开发经典案例的试验结果对比,验证了小应变硬化土模型的合理性.以上海绿洲中环中心深基坑工程为例,分别采用硬化土本构模型、小应变模型和Mohr-Coulomb理想弹塑性模型进行对比研究,硬化土及小应变模型的应力、变形分析结果与实际监测数据更为接近.研究结果可以为变形控制为主的大型地下工程开发提供可靠的岩土力学分析方法.

地铁深基坑硬化土模型参数敏感性研究

目的:基坑工程数值计算中参数取不准一直是困扰工程界和学术界的关键技术问题。基坑工程土体参数敏感性研究可为数值模拟分析参数取值提供重要依据。方法:依托济南地铁黄河隧道南岸工作井基坑工程,利用有限差分数值的FLAC 3D软件,建立工作井基坑三维数值计算网格,结合现场工程设计和施工方案逐层开挖计算,分析了基坑开挖地下连续墙深层水平位移、地面沉降和支撑轴力的H-S(硬化土)模型参数效应。将水平位移、地面沉降和支撑轴力计算结果与实测值进行了对比。结果及结论:基坑开挖后对地下连续墙深层水平位移和地面沉降敏感程度大的主要影响参数从大到小依次为:内摩擦角φ,固结系数K nc,弹性模量指数E m,卸载刚度E ur,50。支撑轴力敏感程度大的主要影响参数从大到小依次为:固结系数K nc,割线刚度E ref,50,弹性模量指数E m,卸载刚度E ur,50,内摩擦角φ。并以此为基础,反演济南地铁黄河隧道南岸工作井基坑工程关键参数,最终反演预测结果与实际监测结果基本一致。研究成果以期为H-S模型在基坑数值模拟分析中的应用提供借鉴和参考。

基于Runge-Kutta算法的硬化土模型二次开发

硬化土模型在描述软土和较硬土的变形特性上有较好的表现,文章结合有限元软件ABAQUS中的UMAT二次开发平台,编写了硬化土本构模型子程序,提高了硬化土模型的泛用性,并提出了通过Newton-Rapson迭代、Runge-Kutta迭代等数值方法求解任意应变增量对应的应力增量,最后通过室内三轴压缩试验数据验证了程序的正确性和合理性。

小应变硬化土模型参数的确定与敏感性分析

地下工程施工引起的土体扰动区可分为剧烈扰动区、扰动区、微扰动区和未扰动区。为全面反映土体在扰动下的应力路径和力学响应,必须考虑全应变范围的土体特性,尤其是小应变范围内的力学响应,因此对小应变硬化土本构模型关键参数(初始剪切模量和剪应变阀值)的确定方法进行介绍。开展上海典型软土的三轴固结排水剪切试验和固结试验研究,给出确定上海软土小应变硬化土模型(HSSmall)参数的方法,建议采用原位测试的方法确定土体的初始弹性模量。基于土单元数值模拟进行初始弹性模量和剪应变阀值的参数敏感性分析。随着初始弹性模量的增大,初始压缩曲线与卸载-再压缩曲线的斜率均增大。由于对应的回弹模量不变,初始弹性模量与回弹模量的差值增大,应变与偏应力试验曲线的回滞环宽度也随之增大。随着剪应变阀值的增大,初始压缩曲线和再压缩曲线的近似直线段增长,在同样剪应力情况下,土体的应变值减小,土体保持初始弹性模量刚度的区间增大。

深圳地区原状花岗岩残积土硬化土模型参数的试验研究

硬化土(hardening soil)模型是岩土工程数值分析中常采用的模型。为研究加载方式和排水条件对原状花岗岩残积土剪切行为的影响,对深圳地区原状花岗岩残积土进行了常规三轴固结排水、常规三轴固结不排水、固结排水侧向卸载和固结不排水侧向卸载4组试验,并由试验结果确定出不同加载方式和排水条件下的硬化土模型参数。结果表明:在常规三轴试验中,试样在剪切过程中表现为先剪缩后剪胀的特性,在侧向卸载试验中,试样始终表现为剪胀的特性;模型参数值与加载路径密切相关,固结不排水侧向卸载试验(CDLU)测得的有效内摩擦角φ'较常规三轴固结不排水试验(CD)试验大20%,而有效黏聚力c'小了46%;CDLU试验得到的三轴压缩试验的参考割线模量E_(50)^(ref)为CD试验的2.9倍,卸载再加载参考割线模量E_(ur)^(ref)为CD试验的1.8倍;在相同加载路径下,模型参数值也受排水条件的影响,由CU试验得到的j'与CD试验的结果相近,但CU试验得到的φ'要明显大于CD试验的结果,CU试验得到的E_(50)^(ref)为CD试验的2倍,E_(ur)^(ref)为CD试验的3.8倍。因此,在岩土工程数值分析中应根据工程的实际情况确定和选用模型参数值。

硬化土模型在桩锚与桩撑组合支护深基坑工程中的应用

基于硬化土模型(hardening soil模型),针对一位于昆明市中心复杂周边环境桩锚与桩撑组合支护的城市深基坑工程实例,通过基坑场地土样固结排水三轴压缩试验和固结试验选取了硬化土模型中的参数;采用MADIS/GTS对该基坑工程的开挖支护过程进行三维有限元分析,并将分析结果与m法计算结果、工程实测结果进行了对比。分析结果与m法计算结果、实测数据的对比表明:硬化土模型可用于桩锚与桩撑组合支护深基坑工程的数值分析;利用硬化土模型可得较符合实际的基坑开挖变形规律。

上海临港砂质粉土硬化土小应变模型参数研究

硬化土小应变模型(HSS模型)考虑了土体在小应变区域内刚度随应变的非线性变化,是土工数值分析中应用较为广泛的软土本构模型之一。上海地区软土的特性研究已取得了较为丰富的成果,但关于浅层砂质粉土的研究还不够全面。通过三轴固结排水剪切试验,三轴固结加卸载试验,固结试验以及共振柱试验,获得上海临港地区浅层砂质粉土的硬化土小应变本构模型的试验参数,包括土体的初始剪切模量、土体强度参数和加卸载模量等。将试验结果与已有文献的相关数据进行对比分析,试验结果可为上海地区浅层砂质粉土的深基坑工程数值分析提供参考数据,具有工程参考价值。

硬化土模型在FLAC^(3D)中的二次开发

为了对岩土工程领域相关问题提供数值参考,将硬化土模型与强大的非线性计算功能FLAC3D数值分析软件结合。基于拉格朗日有限差分方法,详细地推导了HS模型在FLAC3D中的增量迭代计算格式,并且给出了更新剪切屈服面应力的算法。在FLAC3D提供的二次开发程序接口基础上,利用VC++程序语言实现了计算过程,并将HS模型编译成动态链接库文件进行加载和调用。最后,通过模型计算与试验实测进行比较,验证了二次开发程序的正确性与合理性。

广东阳江海洋砂性土小应变硬化土模型参数的试验研究

海上风机结构在风、浪、流等复杂循环荷载作用下需严格控制其振动频率和基础变形,设计时需考虑土体的小应变模量特性。使用固结仪、GDS应力路径三轴仪和弯曲元设备波速测试,获得了广东阳江典型海洋砂土的小应变硬化土模型(HSS)的主要参数,包括砂土的有效应力强度指标和刚度参数等。结果表明:海洋砂土刚度参数G;、E;、E;和E;之间存在倍数关系,可通过经验公式相互转换;天然海洋砂土的小应变剪切模量G;明显低于已有研究中的洁净砂土,最终给出了广东阳江地区海洋砂性土HSS模型参数的取值建议。

考虑诱发各向异性的花岗岩残积土硬化土模型参数研究

通过花岗岩残积土在原位有效自重应力下的固结(简称K0固结)排水三轴剪切试验和三向等压固结排水三轴剪切试验,分析诱发各向异性状态对花岗岩残积土硬化土模型(HS模型)参数的影响,并探讨K0固结排水三轴剪切试验所得HS模型参数在花岗岩残积土基坑工程数值分析中的适用性.研究结果表明:诱发各向异性对花岗岩残积土HS模型参数产生影响,诱发各向异性状态下的花岗岩残积土HS模型参数应用于实际基坑工程的数值分析可获得更加准确的预测结果.

花岗岩残积土硬化土模型参数反演及工程应用

近年来在花岗岩残积土层运营地铁线路周边进行的工程建设逐渐增多,对盾构隧道安全的影响不容忽视。有限元法是评估临近施工对隧道影响的有效手段,但其可靠程度取决于土体本构模型和参数的合理选取。首先对花岗岩残积土硬化土模型参数取值现状进行评述,随后提出一种基于自钻式旁压试验的残积土硬化土模型参数反演方法,最后将反演的参数应用于深圳典型基坑上跨隧道施工的工程案例中进行验证分析,确定较为合理的残积土硬化土模型参数取值范围。研究结果表明,花岗岩残积土硬化土模型的强度参数可根据室内试验确定,刚度参数E_(50)^(ref)、E_(oed)^(ref)和E_(ur)^(ref)是反演的关键参数,适用于工程实际的E_(50)^(ref)、E_(oed)^(ref)、E_(ur)^(ref)可取为1:1:3~1:1:5,根据比例不同,E_(50)^(ref)取值范围在36~43 MPa之间。

硬化土模型体积屈服机制及其本构积分算法研究

剪切-体积双屈服机制的硬化土(Hardening-Soil)模型能够相对准确地反映土体复杂应力路径的影响在岩土工程中已得到广泛的应用,国内的相关研究对于其体积屈服机制的理解上普遍存在着偏差,相关文献对于其内部控制参数解法的描述并不正确,无法体现该模型准确模拟单轴压缩及K0固结特性等方面的优势。笔者从对其体积屈服和硬化内部控制参数的物理意义的着手,解释了该模型体积屈服机制的工作过程,并进一步给出了其内部控制参数的显式解析算法及推导过程。针对于该模型的非线性弹性-多屈服机制塑性所导致的数值求解复杂性,给出了其基于改进欧拉中点法的本构积分算法,结合相关研究的参考试验及数值计算结果进行了验证。

基于小应变硬化土模型的基坑开挖对下穿地铁隧道影响的三维数值模拟分析

选择小应变硬化土模型(HSS模型),通过室内试验、原位测试以及有限元软件Z-Soil的虚拟实验室及数据库合理确定模型参数,建立三维计算模型,进行考虑流固耦合的有限元分析,评估基坑在各工况下的施工对下穿地铁隧道的影响,并与实测结果进行对比,为同类项目的模型选择、参数确定及分析评估提供经验。

基于硬化土模型的淤泥质海堤沉降计算参数取值及灵敏度分析

准确计算淤泥质海堤的工后沉降是保证海堤安全的关键。以长江口南岸某圈围大堤为例,通过土工试验并收集浦东沿海典型软土的三轴固结排水剪切试验和固结试验研究数据得到参考割线模量与参考切线模量、卸载-再加载模量取值的经验系数及比例关系,再结合该围堤工程现场实测数据,对硬化土模型在海堤沉降计算中的参数进行灵敏度分析。结果表明,硬化土模型中,对海堤工后沉降量影响最大的参数为Eurref/E50ref,其次为刚度应力参数值m,再次为粘聚力c和内摩擦角φ,参数Eoedref/E50ref及加卸载泊松比vur对计算结果几乎无影响,并对一些参数提出了相应的推荐值,研究成果可供类似工程参考。

珠三角典型软土硬化土模型及其工程应用研究

硬化土本构模型(HS模型)能有效模拟软土加、卸载以及剪切与压缩硬化特性。基于弹塑性理论推导了HS模型双屈服面弹塑性刚度矩阵,阐述了基于ABAQUS软件分析平台的HS模型二次开发关键算法。利用Fortran编程环境以及ABAQUS软件提供的用户材料UMAT子程序接口,研究开发了HS本构模型子程序。通过标准固结实验、三轴固结排水剪切实验和三轴固结排水加载-卸载-再加载实验获得了珠三角典型淤泥质土与粉质粘土HS模型参数,并以珠三角某地铁车站深基坑开挖工程为例,验证了硬化土模型及其UMAT子程序用于模拟软土地层深基坑力学性态的可行性。

基于硬化土模型的基坑变形预测应用分析

以石家庄地铁某车站深基坑工程项目为例,采用有限元法,对基坑开挖过程进行数值模拟分析,从而对基坑变形作出有效的模拟和预测,进一步优化了设计施工方案,为类似工程提供指导和借鉴。

硬化土模型在基坑工程中的应用

应用硬化土模型通过有限元软件MADIS/GTS对某软土基坑进行数值模拟,得出排桩内放坡留土的变形及受力数据。

基于小应变硬化土模型的综合管廊抗震分析

综合管廊是城市的生命线工程,对其进行抗震分析意义重大。有限元抗震计算的核心问题之一是本构模型的选取,文章首先探讨了土体的变性特征,并在此基础上分析了小应变硬化土模型(HSS模型)对土体在动力作用下的应力应变特性的描述能力。其次分析表明该模型可以同时考虑土体加卸载模量的不同,同时也可以考虑土体剪切模量随剪切应变衰减的现象,因此在抗震分析中具有良好的适用性。最后建立了襄阳市樊西某综合管廊工程的三维有限元模型,基于小应变硬化土模型和时程分析法,对该综合管廊工程在地震作用下的响应进行了分析。