›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (S1): 732-0737.

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非共轴本构模型在地基承载力数值计算中若干影响因素的探讨

罗 强1,王忠涛1,栾茂田1,杨蕴明2,陈培震1   

  1. 1. 大连理工大学 土木工程学院岩土工程研究所,辽宁 大连 116024; 2. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,武汉 430071
  • 收稿日期:2011-03-03 出版日期:2011-05-15 发布日期:2011-05-16
  • 作者简介:罗强,男,1981年生,博士,主要从事岩土工程数值计算和离心机模型试验方面的研究
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(No. 51079018;No. 50909014)

Factors analysis of non-coaxial constitutive model’s application to numerical analysis of foundation bearing capacity

LUO Qiang1, WANG Zhong-tao1, LUAN Mao-tian1, YANG Yun-ming2, CHEN Pei-zhen1   

  1. 1. Institute of Geotechnical Engineering, School of Civil Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China
  • Received:2011-03-03 Online:2011-05-15 Published:2011-05-16

摘要: 土体在剪切变形过程中产生主应力方向的旋转时,主应变增量方向与主应力方向之间存在着非共轴现象,然而传统的弹塑性本构模型未能考虑该现象的影响。通过在屈服面的切线方向增加一项非共轴塑性应变增量,即可实现对非共轴现象的反映。采用显式积分算法和自动分步方法,将非共轴本构模型运用到桶形基础地基承载力问题的有限元计算中,并讨论了流动法则、内摩擦角、膨胀角等因素与非共轴模型的联系。计算结果表明:采用有限元程序默认容许误差时,该本构模型可达到理想的收敛精度,并且,该模型对关联、非关联流动法则均适用。采用共轴模型进行数值计算时,不同流动法则对计算结果的影响可以忽略;采用非共轴模型时,不同流动法则的计算结果之间存在差异。非共轴现象对地基承载力-位移曲线具有软化作用,并且,该软化作用在采用非关联流动法则时变得更加明显

关键词: 地基承载力, 非共轴, 数值积分, 本构模型

Abstract: When the direction of soil principal stress rotates during the shearing process, there is a non-coaxial phenomenon between the direction of principal strain rate and principal stress; but the conventional elastoplastic constitutive model could not take this phenomenon into consideration. In order to reflect the non-coaxial phenomenon, a non-coaxial plastic strain rate term is added to the tangential direction of conventional constitutive model’s yield surface. The non-coaxial model is numerically implemented into the finite element analysis of suction bucket foundation bearing capacity with automatic substepping scheme and explicit integral algorithm; and then the relation between non-coaxial model and some factors, such as flow rule, friction angle and dilation angle, is researched. The results show that this model could obtain reasonable convergence accuracy with FEM software’s default allowable error; and it is available to the associated and non-associated flow rule. The influence of different flow rules on the numerical result could be neglected when the conventional coaxial model is used into the numerical analysis. But there is difference between the results of different flow rules when the non-coaxial model is used. The non-coaxial phenomenon has a softening effect on the bearing capacity-vertical displacement curve; and this softening effect would be more apparent when the non-associated flow rule is used.

Key words: bearing capacity, non-coaxial, numerical integration, constitutive model

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[1] 金青, 王艺霖, 崔新壮, 王成军 , 张珂, 刘正银, . 拉拔作用下土工合成材料在风化料-废弃轮胎 橡胶颗粒轻质土中的变形行为研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 408-418.
[2] 邓子千, 陈嘉帅, 王建伟, 刘小文, . 基于SFG模型的统一屈服面本构模型与试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 527-534.
[3] 李潇旋, 李涛, 彭丽云, . 控制吸力循环荷载下非饱和黏性土 的弹塑性双面模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 552-560.
[4] 程昊, 唐辉明, 吴琼, 雷国平. 一种考虑水力滞回效应的非饱和土弹塑性扩展 剑桥本构模型显式算法有限元实现[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 676-686.
[5] 何鹏飞, 马巍, 穆彦虎, 黄永庭, 董建华, . 黄土−砂浆块界面剪切特性试验及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 82-90.
[6] 刘斯宏, 沈超敏, 毛航宇, 孙 屹. 堆石料状态相关弹塑性本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 2891-2898.
[7] 张超, 杨期君, 曹文贵. 考虑峰值后区应力跌落速率的 脆岩损伤本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3099-3106.
[8] 张凌凯, 王睿, 张建民, 唐新军, . 考虑颗粒破碎效应的堆石料静动力本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2547-2554.
[9] 汪俊敏, 熊勇林, 杨骐莱, 桑琴扬, 黄强. 不饱和土动弹塑性本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2323-2331.
[10] 汪 杰, 宋卫东, 谭玉叶, 付建新, 曹 帅, . 水平分层胶结充填体损伤本构模型及强度准则[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1731-1739.
[11] 孙逸飞, 陈 成, . 无状态变量的状态依赖剪胀方程及其本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1813-1822.
[12] 杨骐莱, 熊勇林, 张 升, 刘干斌, 郑荣跃, 张 锋, . 考虑温度影响的软岩弹塑性本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1898-1906.
[13] 李修磊, 李金凤, 施建勇, . 考虑纤维加筋作用的城市生活 垃圾土弹塑性本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1916-1924.
[14] 张坤勇, 臧振君, 李 威, 文德宝, Charkley Frederick Nai, . 土体三维卸荷弹塑性模型及其试验验证[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1313-1323.
[15] 方瑾瑾, 冯以鑫, 赵伟龙, 王立平, 余永强, . 真三轴条件下原状黄土的非线性本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 517-528.
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  Discussed   
[1] 米海珍,高 春. 生石灰膨胀特性的试验研究[J]. , 2010, 31(4): 1253 -1256 .
[2] 孙熙平,张宝华,张 强,王笑难. 重力式码头基床遭水流冲刷后的稳定性分析[J]. , 2010, 31(10): 3184 -3190 .
[3] 陈敬虞,龚晓南,邓亚虹. 软黏土层一维有限应变固结的超静孔压消散研究[J]. , 2009, 30(1): 191 -195 .
[4] 张春会,赵全胜. 基于ARCGIS的矿山开采沉陷灾害预警系统[J]. , 2009, 30(7): 2197 -2202 .
[5] 孙 建 ,王连国 ,唐芙蓉 ,沈义峰 ,龚世龙. 倾斜煤层底板破坏特征的微震监测[J]. , 2011, 32(5): 1589 -1595 .
[6] 杨永香 ,周 健 ,贾敏才 ,胡金虎. 饱和砂土液化特性的可视化试验研究[J]. , 2011, 32(6): 1643 -1648 .
[7] 徐正明,薛 强,赵 颖. 改性污泥复合材料时间效应三轴力学特性试验研究[J]. , 2011, 32(6): 1713 -1718 .
[8] 陈 明 ,胡英国 ,卢文波 ,严 鹏 ,周创兵. 锦屏二级水电站引水隧洞爆破开挖损伤特性研究[J]. , 2011, 32(S2): 172 -177 .
[9] 王 涛 ,李 杨 ,周 勇 ,吕 庆 ,刘大炜. 关于磷石膏尾矿库安全专篇的研究[J]. , 2011, 32(S2): 407 -412 .
[10] 乔春江 ,陈卫忠 ,王 辉 ,田洪铭 ,谭贤君. 浅埋破碎地层隧道施工方法研究[J]. , 2011, 32(S2): 455 -462 .