[发明专利]一种土体本构模拟计算方法和系统

说明书

本发明提供了一种土体本构模拟计算方法和系统，包括：通过对黏性土体进行循环单剪切试验，建立土体的本构模型；获取土体每级剪应变和对应的动剪切模量对土动力本构模型进行拟合得到等效线性粘弹性本构模型；基于土体的弹性边界以及土体与变压器机构接触的实验数据对等效线性粘弹性本构模型进行迭代求解得到最优状态变量；基于最优状态变量确定土体的最大动剪切模量；本发明考虑了土体与变压器相互作用的影响，计算模型依托试验结果参数取值，计算可信度较高；考虑了黏性土体的影响，同时适用于三维的土体和结构模型，更贴近工程实际。

技术领域

本发明属于电网防灾减灾技术领域，具体涉及一种土体本构模拟计算方法和系统。

背景技术

在传统的结构动力计算分析中，对于建筑于由土或岩石所构成的场地之上的结构物，往往假定场地地基为刚性，即只考虑结构物与地基之间力的相互作用问题，而忽略其变形协调问题。而实际上，由于地基材料的非绝对刚性，甚至相比于结构材料来说其具有强烈的非线性变形性质，在动力荷载作用过程中，结构物与地基之间既存在着力的相互作用，也存在着变形的相互约制，进而引起振动能量的相互传播和交换，使得实际结构物的动力反应与在刚性地基假设下所算得的反应有很大差别。因此把结构和地基基础作为一个整体的开放体系，而不是单独把结构当作一个封闭的！与地基介质之间没有任何能量交换的系统，来研究其在动力荷载作用下的反应，即构成了土－结构动力相互作用问题。

目前，现有外对电气设备的抗震性能开展了较多的研究，并取得了很多重大成果。但大多数的研究都是将地基基础和上部结构分开考虑，把地基作为绝对刚性，上部结构的底部作为固定端进行研究，而在地震过程中电气设备的地基基础不可避免的会发生变形，对上部结构的振动产生影响，这种对上部结构的自振特性、应力及位移的影响还鲜有研究涉及，导致现有方法不能准确计算土体本构模拟。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种土体本构模拟计算方法，包括：

通过对黏性土体进行循环单剪切试验，建立所述土体的本构模型；

获取土体每级剪应变和对应的动剪切模量对所述土动力本构模型进行拟合得到等效线性粘弹性本构模型；

基于土体的弹性边界以及土体与变压器机构接触的实验数据对所述等效线性粘弹性本构模型进行迭代求解得到最优状态变量；

基于最优状态变量确定所述土体的最大动剪切模量。

优选的，其特征在于，所述通过对黏性土体进行循环单剪切试验，建立所述土体的本构模型，包括：

通过对黏性土体进行循环单剪切试验，得到所述土体的动剪切模量—剪应变关系曲线和阻尼比—剪应变曲线；

对所述剪切模量—剪应变关系曲线进行拟合，得到动剪切模量的计算式，并对所述阻尼比—剪应变曲线进行拟合，得到阻尼比的计算式；

以所述动剪切模量和阻尼比的计算式作为土体的本构模型。

优选的，所述动剪切模量的计算式如下：

式中，α为模量曲线衰减参数；γ_a为剪应变幅值；γ_ref为参考剪应变幅值；G_max为最大动剪切模量；G为当动应变幅值等于γ_a时的动剪切模量。

所述阻尼比的计算式如下：

式中D为阻尼比，D_masing表示Masing滞回准则预计阻尼比，D_min表示小应变阻尼比，b为阻尼比曲线参数。

优选的，所述Masing滞回准则预计阻尼比D_masing的计算式如下：