[发明专利]一种软土小应变硬化模型力学参数确定方法

说明书

本发明公开了一种软土小应变硬化模型力学参数确定方法，包括：明确小应变硬化模型力学参数数量，并划分力学参数种类：依靠室内试验获取为第一类力学参数，通过经验式取值获取为第二类力学参数，通过室内试验和经验式相结合的方式获取为第三类力学参数；现场钻孔取样，开展土体三轴固结排水剪切试验、三轴固结排水加载‑卸载‑再加载试验以及标准固结试验获取第一类力学参数；采用经验公式获取第二类力学参数；结合室内试验和经验公式获取第三类力学参数；本发明用室内试验方法，并结合经验取值方法，实现了软土地区小应变硬化模型力学参数的合理高效取值，便于工程应用。

技术领域

本发明的实施例属于岩土工程领域，更具体地，涉及一种软土小应变硬化模型力学参数确定方法。

背景技术

土的本构关系应能合理地描述各种应力路径加载下土的应力-应变关系。目前，岩土工程领域常用的本构模型有：非线性弹性Druncan-Chang模型、弹塑性Mohr-Coulomb模型、DrukerPrager模型及DrukerPrager+Cap模型、修正剑桥模型等。Druncan-Chang模型应用较广，参数也可以通过普通的三轴试验获得，且可以考虑卸载模型对计算结果的影响，但未能考虑固结压力的作用，不适宜模拟沿海地区的正常固结和弱超固结黏土以及密实度较低的砂土这类变形受体积应变影响较大的土体。Mohr-Coulomb模型与DrukerPrager模型为理想弹塑性模型，参数简单且易于获取，但不能考虑卸载模量与加载(剪切)模量的区别，且未考虑固结压力的作用，也不适宜模拟沿海地区土层中的基坑开挖问题。DrukerPrager+Cap模型模型虽然考虑了固结压力和体积应变的影响，但由于其加载模量和卸载模量相同，不宜用于模拟卸载问题。修正剑桥模型以塑性体积应变为硬化参数，考虑了固结压力和体积应变对土体应力应变的影响，但由于其过大的估计了土体的抗剪强度，导致岩土体中被扰动区在剪切过程中表现出“过强”的现象。

另一方面，在沿海城市基坑工程中，土体的剪应变一般需控制在1.0×10-4-1.0×10-3的量级之间，方可保证基坑开挖对周边环境的影响可控。而土体的(剪切)刚度是随着应变的增加而急剧衰减的，土体在小应变阶段的刚度要远大于较大应变阶段的刚度。

综上所述，当针对软土地区地下工程开展数值模拟研究时，现有本构模型并不能恰当且合理的反映软土力学性质。因此，在软土地区地下工程数值模拟中，需要采用更为合理的本构模型描述软土应力应变关系。小应变硬化模型(HSS)模型较常用本构模型而言在描述土体剪切硬化、压缩硬化、加卸载、小应变等方面的优势，更适合于模拟基坑开挖问题。

确定本构模型及其计算参数是数值分析中最为关键的环节，小应变硬化模型参数多达13个，如何正确且方便的选取力学参数，对数值分析的正确与否至关重要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明目的在于提供一种实现软土地区小应变硬化模型力学参数合理高效取值的方法。

为了实现上述目的，本发明涉及：一种软土小应变硬化模型力学参数确定方法，包括如下步骤：

步骤1：明确小应变硬化模型力学参数数量，并划分力学参数种类：依靠室内试验获取为第一类力学参数，通过经验式取值获取为第二类力学参数，通过室内试验和经验式相结合的方式获取为第三类力学参数；

步骤2：现场钻孔取样，开展土体三轴固结排水剪切试验、三轴固结排水加载-卸载-再加载试验以及标准固结试验获取第一类力学参数；

步骤3：采用经验公式获取第二类力学参数；

步骤4：结合室内试验和经验公式获取第三类力学参数。

进一步的，所述步骤1包括如下步骤：

1.1.根据小应变硬化模型的屈服函数、流动准则和硬化准则，明确小应变硬化模型参数；