HS模型及其参数取值方法介绍选编.docx

HS模型及其参数的确定方法介绍学生姓名张艳书专业建筑与土木工程学号642085213125二O一五年十月HS模型及其参数的确定方法介绍 高等土力学 PAGE \* MERGEFORMAT12 PAGE \* MERGEFORMAT11 文献阅读 根据高等土力学所学知识，并结合自己研究的课题方向：邻近隧道深基坑开挖对盾构隧道的影响及其工程评价方法，我选择了一篇十分经典的英文文献阅读。本文主要介绍的内容，都是根据此文献展开的。同时，我也阅读了一些其他国内的文献资料并结合有限元软件对硬化类土体的本构模型参数的取值进行了讨论，以期能够应用到工程实际的建模分析中。 文献名称：The Hardening Soil Model: Formulation and Verification 中文译名：硬化土模型：公式和验证 研究背景及现状 研究背景 经济的发展和科技的进步带动各种复杂程度大、技术要求高的建（构）筑物的大量兴建。随着城市土地资源的越发宝贵，政府决策机构和投资人越来越倾向于将建构筑物向更高和更深的方向建造。 沿海沿江软土地区是我国城市化最高的区域，由于这些地区地下水位埋深较浅、土体含水量高、压缩性大、抵抗变形能力较差，而且土体大都含有软弱土层，再加上这些地区城市建构筑物大量增加和城市轨道交通的蓬勃发展，越来越多的城市深基坑工程邻近敏感的建（构）构筑物，如：地铁车站和盾构隧道、高（铁）架桥墩、各种市政管线和文物保护建构筑物等。在这种条件下，城市深基坑的开挖必然会受到更加严格的周围环境条件的制约。在基坑开挖中，必须要将开挖引起的周围环境的附加变形控制在规范允许的范围内。因此，基坑设计应该从强度控制转换为变形控制。 敏感环境下的深基坑工程在设计阶段就要充分预估其对周边复杂环境的影响，仅从这一点考虑，传统的解析方法或者相关规范方法便不能满足要求。随着计算机技术的飞速发展和数值分析方法的进步以及土体本构模型的完善，因此很有必要对基坑开挖的全过程进行三维有限元数值模拟分析，这样能够充分考虑场地周边复杂环境的影响。 其中，数值分析的关键问题之一就是要采用合适的本构模型及其计算参数。 研究现状 鉴于土体的应力应变关系的复杂性，至今，许多学者提出了不下于数百种的本构模型，但是每种本构模型仅适用于某一类或者几类的土体行为，其中广泛应用于大型商业岩土工程软件更是寥寥无几。目前，常用的本构模型基本上可以分为三类，分别是： （1）、弹性类模型 如线弹性模型、Duncan-Chang双曲线模型（非线性弹性模型）等。线弹性模型只有2个模型参数（弹性模量和泊松比），可用于模拟很坚硬的材料如岩石；DC模型通过调整弹性参数来近似考虑土体的塑性变形，适用于模拟土石坝和路堤的填筑。 （2）、弹性--理想塑性模型 如莫尔-库仑模型和DP模型等。MC模型是一种弹性—理想塑性，综合了胡克定律和莫尔-库伦破坏准则。DP模型将MC模型屈服面函数修正为圆锥形屈服面，代替原来的六棱锥屈服面，这样的话，在数值计算时，易于收敛。 （3）、硬化类弹塑性模型 如剑桥模型、修正剑桥模型、HS模型等。MCC模型采用椭圆形屈服面，是等向硬化弹塑性模型。采用帽子屈服面，以塑性体应变为硬化参数，能较好地描述黏性土在破坏之前的非线性和依赖于应力水平或应力路径的变形行为。HS模型即是本文要讨论的模型。 创新点 图 1 主应力空间中的 HS 模型屈服面 HS模型是Plaxis中的一种土体本构模型，加载模量和卸载模量分别定义，适用于模拟包括软土和硬土在内的不同类型的土体，引入盖帽型屈服面，如图1所示，即屈服面在主应力空间中不是固定的，是随着塑性应变而膨胀的，能够同时考虑剪切硬化和压缩硬化，并且采用莫尔-库仑破坏准则，HS模型采用了与应力相关的模型参数，能够反映应力路径对参数的影响，故其广泛适用于各类土质条件下深基坑的开挖计算的数值模拟。 研究方法 HS模型关系式 HS模型建立的思路与DC模型相似，即：假设三轴排水试验的剪应力与轴向应变成双曲线关系（如图