plaxis V8.5材料手册

PLAXIS版本8材料模型手册i目录1概述......................................................1-11.1不同模型的选用........................................1-11.2局限性................................................1-32材料模拟初步..............................................2-12.1应力的一般定义........................................2-12.2应变的一般定义........................................2-32.3弹性应变..............................................2-52.4用有效参数进行的不排水分析.............................2-72.5用不排水参数进行不排水分析............................2-112.6高级模型中的初始预固结应力............................2-122.7关于初始应力.........................................2-133Mohr-Coulomb模型（理想塑性）..............................3-13.1理想弹塑性行为........................................3-13.2Mohr-Coulomb模型的表示.................................3-23.3Mohr-Coulomb模型的基本参数.............................3-53.4Mohr-Coulomb模型的高级参数.............................3-84节理岩体模型（各向异性）..................................4-14.1各向异性弹性材料的刚度矩阵.............................4-24.2三个方向上的塑性行为...................................4-44.3节理岩体模型的参数.....................................4-75Hardening-Soil模型（各向同性Hardening）...................5-15.1标准排水三轴试验的双曲线关系...........................5-25.2Hardening-Soil模型的双曲近似...........................5-35.3三轴应力状态下的塑性体积应变...........................5-55.4Hardening-Soil模型的参数...............................5-65.5Hardening-Soil模型中帽盖型屈服面......................5-116软土蠕变模型（时间相关行为）..............................6-16.1概述..................................................6-16.2一维蠕变基本知识.......................................6-26.3关于变量cτ和cε.......................................6-46.4一维蠕变的微分法则.....................................6-66.5三维模型..............................................6-86.6计算弹性三维应变......................................6-11材料模型手册iiPLAXIS版本86.7模型参数的回顾........................................6-126.8三维模型的有效性......................................6-157软土模型..................................................7-17.1应力和应变的各向同性状态（'''123σσσ==）...............7-17.2三轴应力状态（''23σσ=）的屈服函数.....................7-27.3软土模型参数...........................................7-58改进的Cam-Clay模型........................................8-19高级土体模型的应用........................................9-19.1HS模型：排水和不排水三轴试验中的反应...................9-19.2Hardening-Soil模型在实际土工试验中的应用...............9-59.3SSC模型：一维压缩实验中的反应.........................9-129.4SSC模型：不同加载速率下的不排水三轴试验...............9-169.5SS模型：等向压缩试验下的反应..........................9-189.6用HS模型模拟水下开挖..................................9-209.7用SSC模型建造路基....................................9-2210用户定义的土体模型.......................................10-110.1概述..............................................10-110.2UD模型在计算程序中的实现..........................10-110.3通过用户界面输入UD模型参数.......................10-1111参考文献.................................................11-1附录A–符号附录B–用户定义土壤模型的FORTRAN子程序附录C–为用户定义的土壤模型生成一个调试文件概述1-11概述许多方法可以用来模拟岩土的力学行为，它们的精度各不相同。例如，线性及各向同性弹性的Hooke定律是可以得到的昀简单的应力—应变关系。由于它仅仅涉及到两个输入参数，即’杨氏模量E，和’泊桑比ν。通常认为这种应力—应变关系太粗糙了，不能把握岩土行为的本质特点。然而，对于大量结构单元和岩床层的模拟，线弹性性质往往是比较合适的。1.1不同模型的选用Mohr-Coulomb模型（MC）弹塑性Mohr-Coulomb模型包括五个输入参数，即：表示土体弹性的E和ν，表示土体塑性的ϕ和c，以及剪胀角ψ。Mohr-Coulomb模型描述了对岩土行为的一种‘一阶’近似。这种模型被推荐用于问题的初步分析。对于每个土层，可以估计出一个平均刚度常数。由于这个刚度是常数，计算往往会相对较快，可以得到变形的一个初步印象。除了上述提到的五个模型参数，初始的土体条件在许多土体变形问题中也起着关键的作用。通过选择适当的K0值，可以生成初始水平土应力。节理岩石模型（JR）节理模型是一种各向异性的弹塑性模型，特别适用于模拟包括层理尤其是断层方向在内的岩层行为等。塑性昀多只能在三个剪切方向（剪切面）上发生。每个剪切面都有它自身的抗剪强度参数ϕ和c。完整岩石被认为具有完全弹性性质，其刚度特性由常数E和ν表示。在层理方向上将定义简化的弹性特征。Hardening-Soil模型（HS）Hardening-Soilmodel是一种改进了的模拟岩土行为的模型。对于Mohr-Coulomb模型来说，极限应力状态是由摩擦角ϕ、粘聚力c以及剪胀角ψ来描述的。但是，采用三个不同的输入刚度可以将土体刚度描述得更为准确：三轴加载刚度E50、三轴卸载刚度Eur和固结仪加载刚度Eoed。我们一般取Eur=3E50和Eoed=E50作为不同土体类型的平均值，但是，对于非常软的土或者非常硬的土通常会给出不同的Eoed/E50比值。对比Mohr-Coulomb模型，Hardening-Soil模型还可以用来解决模量依赖于应力的情况。这意味着所有的刚度随着压力的增加而增加。因此，输入的三个刚度值与一个参考应力有关，这个参考应力值通常取为100kPa(1bar)。材料模型手册1-2PLAXIS版本8软土蠕变模型（SSC）上面提到的Hardening-Soil模型适用于所有的土，但是它不能用来解释粘性效应，即蠕变和应力松弛。事实上，所有的土都会产生一定的蠕变，这样，主压缩后面就会跟随着某种程度的次压缩。而蠕变和松弛主要是指各种软土，包括正常固结粘土、粉土和泥炭土。在这种情况下我们采用软土蠕变模型。请注意，软土蠕变模型是一个新近开发的应用于地基和路基等的沉陷问题的模型。对于隧道或者其他开挖问题中通常会遇到的卸载问题，软土蠕变模型几乎比不上简单的Mohr-Coulomb模型。就像Mohr-Coulomb模型一样，在软土蠕变模型中，恰当的初始土条件也相当重要。对于Hardening-Soil模型和软土蠕变模型来说，由于它们还要解释超固结效应，因此初始土条件中还包括先期固结应力的数据。软土模型（SS）软土模型是一种Cam-Clay类型的模型，特别适用于接近正常固结的粘性土的主压缩。尽管这种模型的模拟能力可以被Hardening-Soil模型取代，当前的版本中仍然保留了这种软土模型，因为PLAXIS的用户们已经习惯了这种模型，并且喜欢继续使用这种模型。改进的Cam-Clay模型（MCC）改进的Cam-Clay模型是对MuirWood（1990）描述的原始Cam-Clay模型的一种改写。它主要用于模拟接近正常固结的粘性土。不同模型的分析如果要对所考虑的问题进行一个简单迅速的初步分析，我们建议使用Mohr-Coulomb模型。当缺乏好的土工数据时，进一步的高级分析是没有用的。在许多情况下，当你拥有主导土层的好的数据时，可以利用Hardening-Soil模型来进行一个额外的分析。毫无疑问，同时拥有三轴试验和固结仪试验结果的可能性是很小的。但是,原位实验数据的修正值对高质量实验数据来说是一个有益的补充。昀后，软土蠕变模型可以用于分析蠕变（即：极软土的次压缩）。用不同的土工模型来分析同一个岩土问题显得代价过高，但是它们往往是值得的。首先，用Mohr-Coulomb模型来分析是相对较快而且简单的；其次，这一过程通常会减小计算结果的误差。概述1-31.2局限性开发PLAXIS程序及其模型是用于计算实际岩土问题的。从这个观点看，PLAXIS可以被认为是一个岩土模拟工具。土工模型是对岩土行为的一个定性描述，而模型参数是对岩土行为的一个定量描述。尽管PLAXIS在开发程序及其模型上面花了很多功夫，它对现实情况的模拟仍然只是一个近似，这就意味着PLAXIS在数值和模型方面都有不可避免的误差。此外，模拟现实情况的准确度在很大程度上还依赖于用户对所要模拟问题的熟练程度、对各类模型及其局限性的了解、模型参数的选择和对计算结果可信度的判断能力。我们一直都在改进PLAXIS的代码及其模型，每一个新版本都是对上一个版本的更新。当前版本的局限性如下：HS模型这是一个硬化模型，不能用来说明由于岩土剪胀和崩解效应带来的软化性质。事实