《地下结构工程施工技术》第十一章地基与结构的非线性特征和同作用培训

地下结构工程第11章11地基与结构的非线性特征和共同作用土的应力—应变关系土的变形特征和本构模型钢筋混凝土的材料变形性质的非线性特征地基土与基础结构的非线性共同作用和反演分析理论11.1概述应力—应变关系：亦称本构关系，是在整理分析试验数据的基础上提出来的。在试验基础上提出某种数学模型，把特定条件下的试验结果推广到一般情况，这种数学模型就叫做本构模型。弹性变形、塑性变形一般情况下岩土类介质在应力超过一定限度（弹性极限或称屈服应力）后，其变形在卸载后有一部分变形可恢复，另一部分变形是不可恢复的，前者称可逆变形或弹性变形，后者一般称为不可逆变形或是塑性变形。传统的弹性理论是基于金属材料的变形机制发展起来的。岩土的变形性态不完全等同于金属材料，土有别于金属和混凝土等连续的统一体固体材料，需要研究岩土弹塑性状态下特有的属性。应力与应变应力球张量和应力偏张量

I1J1J2共同作用分析结构物的重量由土的支承力和地下水的浮力来平衡，即通常所说的静力平衡。上部结构与其基础结构和支承介质地基土组成静力平衡体系，这三部分是彼此不可分离的整体，每一部分的工作性状都是三者共同作用的结果。11.3土的本构模型11.3.1土的变形特性三轴压缩试验：真三轴，常规三轴1）非线性和弹塑性土体应力-应变关系

(a)硬化型(b)软化型土体具有的剪缩和剪胀特征统称剪胀性。对于软土和松砂，剪应力引起土体压缩，称为剪缩；对于密实粘土和紧砂，剪应力引起土体膨胀，称为剪胀。砂土的剪胀性正常固结粘土与松砂应力－应变双曲线超固结粘土或密实砂2）应力路径和应力历史的影响应力路径是指应力空间中代表应力状态点在加载时移动的轨迹。不同的应力路径代表不同的加荷方式。应力历史即指历史上的应力路径，也影响着土体今后的变形。3）中主应力的影响中主应力σ2对土体变形有影响。4）固结压力的影响在土体的三轴试验中，大幅度地改变固结压力σ3将发现其（σ1-σ3）~εa和εa~εv曲线的特征有所不同。统统表现出剪缩和硬化现象。三轴压缩试验：常规三轴5）各向异性地基土的各向异性分原生和再生两种。原生各向异性是由于地基土水平向成层，水平和竖向土的结构有差异，导致土体应力-应变关系和渗透性的各向异性。再生各向异性是土体各向应力状态不同引起的新的各向异性。6）流变性具有弹性、塑性和粘滞性的粘弹塑性体。土体的应变和强度除与有效应力有关外，还受到时间的影响，这种特征称为土的流变性质。本讲

本讲要点了解共同作用分析；理解土的变形特性11三.3三.2弹性三非线三性模三型1.三Du三nc三an三-c三ha三ng模型三；Du三nc三an等人三利用三常规三三轴三压缩三试验三所得三的一三组试三验曲三线，三找出三其共三同数三学公三式，三从这三一数三学公三式导三出切三线弹三性模三量Et的变三化公三式：第一三类是三以弹三性模三量和三泊松三比两三个常三数表三达，三称作三非线三性弹三性模三型；第二三类称三作三非线三性模三型国内三外广三泛采三用，三既适三用于三粘性三土，三也适三用于三砂土三，但三不适三应于三密砂三，超三固结三土。主要优点三：可以三利用三常规三三轴三剪切三实验三所确三定的三计算三参数三。局限三性：非线三性弹三性模三型一三般只三适用三于荷三载不三太大三的条三件，三不太三接近三破坏三的条三件。此模三型应三用单三一剪三切试三验结三果进三行全三部应三力应三变分三析，三均根三据围三压为三常量三的试三验结三果推三算，三因此三它适三应于三土体三的稳三定分三析为三主的三工程三。Du三nc三an三-c三ha三ng模型三没有三考虑剪胀三性和三应力三路径三问题11三.3三.3弹塑三性模三型弹塑三性模三型把总应三变分三为弹三性应三变和三塑性三应变三两部三分。LA三DE三-D三AN三CA三N模型三，清三华大三学的三模型三。从能三量公三式出三发，三推导三其屈三服函三数，三并选三出加三工硬三化定三律，三从而三建立三应力三应变三关系三，如三著名剑桥三模型三。11三.4钢筋三混凝三土材三料变三形性三质的三非线三性特三征钢筋三混凝三土梁M~三n试验三曲线①在混三凝土三出现三裂缝三之前三，即三图中OA段：②混三凝土三出现三裂缝三后，三钢筋三进入三流动三状态三之前三，即三图中AB段③长期三刚度B为式中Mq和MK为按三荷载三效应三的准三永久三组合三、标三准组三合计三算的三弯矩三，按《混凝三土结三构设三计规三范》（GB三J5三00三10三-2三00三2）中三第条三采用三。11三.5地基三土与三基础三结构三的非三线性三共同三作用对地三基土三和基三础结三构材三料（三钢筋三混凝三土）三分别三采用三前述三的非三线性三本构三关系三，用三荷载三增量三法，三即可三按共三同作三用方三程进三行非三线性三共同三作用三分析三。对每三级荷三载建三立平三衡方三程，三地基三土和三基础三结构三的刚三度系三按上三一级三荷载三施加三后累三计的三应力三水平三来确三定。（1）地三基上三的有三限大三板考虑三基础三材料三的非三线性三可大三大提三高承三载能三力的三估计三值。（2）地三基上三的无三限大三板(3三)空间三问题三的试三验验三证地基三与基三础不三同非三线性三组合三下共三同作三用的三结果①板为三线弹三性，三地基三土亦三为线三弹性三；②板三为非三线性三弹性三，地三基土三仍为三线弹三性；③板三为线三弹性三，地三基土三为非三线性三弹性三。④板三和地三基土三均为三非线三性弹三性。刚性三板:地基三土的三非线三性对基三底反三力和三板内三力的三分布三形式三与数三值大三小起三着决三定性三的影三响。柔性三板:决定三反力三和内三力分三布形三式与三大小三的主三要因三素是钢筋三混凝三土的三非线三性，而三地基三土的三非线三性所三起作三用相三比较三而言三就很三小。不同三非线三性组三合下三基础三板计三算结三果11三.6地下三工程三反分三析首先三建立三问题三的力三学模三型，三然后三根据三介质三的力三学参三数、三受力三状态三和边三界条三件以三及施三工条三件，三求出三岩土三体的三位移三、应三力和三应变三等物三理量三，这三一过三程称三之为正分三析。从结三果反三过来三寻求三岩土三体的三本构三模型三和相三应的三计算三参数三的过三程与三正分三析正三好相三反，称之三为反三分析三。位三移为依三据的三位移三反分三析法三为岩三土工三程反三分析三中应三用最三为广三泛的三方法三。位移三反分三析法三可分三为图解三法、三解析