2011年PLAXIS高级培训班讲义

PLAXIS高级培训班日程表第一天土体本构模型及PLAXIS2D应用09:00-09:15培训日程简介09:15-09:35塑性/莫尔-库伦模型09:35-10:20土体硬化和小应变土体硬化模型10:20-10:30休息10:30-11:15参数确定11:15-12:00土工试验室模拟（练习）13:30-14:00讨论与小结14:00-15:00深基坑开挖15:00-15:10休息15:10-16:40基坑开挖（练习）16:40-17:00小结第二天桩筏基础模拟及PLAXIS3D应用09:00-09:45浅基础分析09:45-10:30PLAXIS3D的应用10:30-10:40休息10:40-11:40筏板基础模拟（练习）11:40-12:00小结13:30-14:15Embedded桩及桩筏基础分析14:15-14:25休息14:25-16:00桩筏基础模拟（练习）16:00-16:30课程总结16:30-17:00用户模型交流与讨论课程涉及PLAXIS专家NrLastnameFirstnameTitleOrganisationCountry1BenzThomasMr.NorwegianUniversityofScienceandTechnologyNORWAY2BrinkgreveRonaldMr.Plaxis/DelfUniversityandTechnologyNETHERLANDS3EI-MossallamyYasserMr.AinShamsUniversityEGYPT4SchweigerHelmutMr.TechnicalUniversityGrazAUSTRIA5VermeerPieterMr.DeltaresNETHERLANDS课程讲解人序号姓名所属单位1刘志祥北京金土木软件技术有限公司技术咨询部2卢萍珍北京金土木软件技术有限公司技术咨询部    PLAXIS 高级培训教程      Part 1 塑性与莫尔‐库伦模型 Schweiger 刘志祥 第1页塑性理论与摩尔库伦模型PLAXIS高级培训教程塑性理论与摩尔库伦模型Schweiger刘志祥理想弹塑性Y0=屈服应力理想塑性：屈服应力=破坏应力一维空间：维空间：三维空间：弹塑性(非理想)Y0=屈服应力YF=破坏应力（非理想）弹塑性：屈服应力≠破坏应力一维空间：维空间：三维空间：弹塑性材料行为第2页塑性理论与摩尔库伦模型PLAXIS高级培训教程软化弹塑性（非理想）弹塑性：屈服应力≠破坏应力软化材料属性决定软化的比例硬化Y0=屈服应力YF=破坏应力线弹性PLAXIS不考虑软化塑性理论描述弹塑性行为需要(常规应力状态)：1.弹性范围内的应力应变行为2.屈服方程或破坏方程3.流动法则4.应变硬化的定义(屈服函数随应力而改变)对于标准摩尔库伦模型：弹性区域是线弹性没有应变硬化屈服/破坏方程f=0表示应力空间的屈服面应力路径弹性区域弹性应力状态塑性应力状态不允许的第3页塑性理论与摩尔库伦模型PLAXIS高级培训教程摩尔库伦准则在任意平面上：屈服方程：3D应力空间摩尔库伦准则f0不允许塑性f=0塑性f0弹性偏平面摩尔库伦准则压缩点拉伸点第4页塑性理论与摩尔库伦模型PLAXIS高级培训教程流动法则屈服/破坏准则给出是否塑性应变，但无法给出塑性应变增量的大小与方向，因此，需要另一个方程：塑性势方程塑性应变增量g……塑性势dλ......常量(非材料参数)流动法则当前应力状态g≠f不相关流动法则g=f相关流动法则当前应力状态常数摩尔库伦塑性势剪胀角第5页塑性理论与摩尔库伦模型PLAXIS高级培训教程摩尔库伦剪胀模型机制松土无剪胀性密土有剪胀性强度=摩擦+剪胀(达到摩擦强度后剪胀)摩尔库伦剪胀直剪试验(排水)摩尔库伦剪胀三轴试验(排水)第6页塑性理论与摩尔库伦模型PLAXIS高级培训教程摩尔库伦模型参数E杨氏模量[kN/m2]ν泊松比[-]泊松[]c’粘聚力[kN/m2]φ’摩擦角[o]ψ剪胀角[o]Tresca破坏准则Tresca=摩尔库伦(φ’=0,c=cu≠0)ψ=0，无塑性体应变ν=0.495，忽略弹性体积应变总应力方法可进行不排水分析摩尔库伦-性能与局限性简单的理想弹塑性模型一阶方法近似模拟土体的一般行为适合某些工程应用无应力相关刚度加载与卸载重加载刚度相同不适合深开挖和隧道适合某些工程应用参数少而意义明确很好的表示破坏行为(排水)包括剪胀性各向同性行为破坏前为线弹性行为不适合深开挖和隧道无剪胀截断不排水行为有些情况失真无各向异性无时间相关性(蠕变)第7页塑性理论与摩尔库伦模型PLAXIS高级培训教程应变硬化Kinematic硬化混合硬化各向同性硬化Kinematic硬化是指移动硬化一般为；THANKS！更多信息敬请联系北京金土木软件技术有限公司欢迎访问金土木知识库金土木知识库：更多信息敬请联系北京金土木软件技术有限公司：•Website:•E-mail:[e-mail]•电话：[phone]•Plaxis用户群：122755202/43676779第8页    PLAXIS 高级培训教程       Part 2 土体硬化和小应变土体硬化模型 Benz 刘志祥 第9页土体硬化和小应变土体硬化模型PLAXIS高级培训教程土体硬化和小应变土体硬化模型Benz刘志祥HS模型中剪切硬化与密度硬化1.前引2.双曲线应力应变关系3.剪切应变等值线4.卸载-重加载5.密度硬化6.双硬化HS模型：hardeningsoilmodel=土体硬化模型固结仪实验加载-卸载卸载HS卸载：卸载泊松比较小前引卸载后应力实测&HS模型摩尔库伦模型卸载泊松比较小水平应力变化小摩尔库伦卸载：卸载泊松比即为加载泊松比水平应力按照加载路径变化第10页土体硬化和小应变土体硬化模型PLAXIS高级培训教程条基沉降前引加载应力路径下，各模型沉降分布结果差异较小开挖下挡墙后方竖向位移挡墙后方土体典型竖向位移(粘土中板桩墙)前引与墙的距离标准三轴试验数据双曲线应力应变关系常数各向同性加载密砂松砂各向同性加载的应变第11页土体硬化和小应变土体硬化模型PLAXIS高级培训教程双曲线逼近双曲线应力应变关系渐近线双曲线不考虑各向同性加载的应变参考：Kondner&Zelasko(1963)“Ahyperbolicstress-strainformulationforsand”渐近线割线模量E50的定义双曲线应力应变关系渐近线双曲线E50ref=初次加载达到50%强度的参考模量m砂土≈0.5；m粘土≈1修正邓肯-张模型双曲线应力应变关系渐近线R09双曲线部分qqf；水平线部分q=qf参考：Duncan&Chang(1970)“Non-linearanalysisofstressandstraininsoil”双曲线Rf≈0.9(摩尔库伦破坏偏应力)第12页土体硬化和小应变土体硬化模型PLAXIS高级培训教程双曲线法则参数双曲线应力应变关系有效粘聚力：c’摩擦角：φ刚度E50的应力相关幂指数：m刚度E50的应力相关幂指数：m参考围压下的割线模量：E50ref排水试验数据(超固结Frankfurt粘土)双曲线应力应变关系双曲线实测数据来自：Amann,P.;Breth,H.&Stroh,D.(1975)三轴实验曲线的双曲线逼近剪应变等值线渐近线实测双曲线渐近线剪切应变第13页土体硬化和小应变土体硬化模型PLAXIS高级培训教程p-q平面中的剪应变等值线(c’=0)剪应变等值线曲线直线Fuji河砂实验数据(Ishiharaetal.1975)剪应变等值线常数常数常数不排水常数实测剪应变等值线VS双曲线剪应变等值线常数常数常数不排水实验值方程第14页土体硬化和小应变土体硬化模型PLAXIS高级培训教程剪应变等值线是屈服轨迹剪应变等值线常数常数常数不排水实测剪应变等值线实测屈服轨迹加载和卸载/重加载加载与卸载弹性区域塑性状态加载应力点在屈服轨迹上。应力增量指向弹性区外。这将导致塑性屈服，如：塑性应变与弹性区扩张。材料硬化。破坏线当前屈服轨迹塑性应变与弹性区扩张。材料硬化。塑性状态卸载应力点在屈服轨迹上。应力增量指向弹性区内。这将导致弹性应变增量，应变增量与应力增量符合虎克定律，刚度为Eur。弹性状态卸载/重加载应力点位于弹性区域内，所有可能的应力增量都将产生弹性应变。标准三轴实验卸载/重加载卸载/重加载破坏线偏应力轴向应变第15页土体硬化和小应变土体硬化模型PLAXIS高级培训教程砂土的卸载/重加载标准三轴实验卸载/重加载松散：Eur=3-5E50密实：Eur=2-3E50PLAXIS中HS模型默认：Eur=3E50虎克定律各向弹性卸载/重加载三轴实验经典结果密度硬化松散密实松散密实粘土砂土临界孔隙率：松砂受剪切时体积变小，即孔隙比减小。密砂受剪切时发生剪胀现象，使孔隙比增大。在密砂与松砂之间，总有某个孔隙比使砂受剪切时体积不变，称临界孔隙率。第16页土体硬化和小应变土体硬化模型PLAXIS高级培训教程NC粘土实测体应变等值线密度硬化Henkel(1960):Theshearstrengthofsaturatedclays.ResearchConf.onShearStrengthofCohesiveSoils,Boulder,Colorado(ASCE).粘土的实测等值线密度硬化Biarez,J.&Hicher,P.-Y.(1994),ElementaryMechanicsofSoilBehaviour,Balkema-Publishers.等值线类椭圆密度硬化Biarez,J.&Hicher,P.-Y.(1994),ElementaryMechanicsofSoilBehaviour,Balkema-Publishers.第17页土体硬化和小应变土体硬化模型PLAXIS高级培训教程体应变等值线椭圆密度硬化顶点椭圆用于修正剑桥模型其中顶点松砂体应变等值线密度硬化一般情况m≠1：松散样本破坏线Kref=参考体积模量特殊情况m=1：椭圆：Ishihara,TatsuokaandYasuda(1975).Undraineddeformationandliquefactionofsandundercyclicstresses”,J.soilandFoundations,Vol.15,No.1.加载与卸载/重加载密度硬化塑性状态加载应力点在屈服轨迹上。应力增量指向弹性区外。这将导致塑性屈服，如：塑性应变与弹性区扩张。材料硬化。弹性区塑性状态卸载应力点在屈服轨迹上。应力增量指向弹性区内。这将导致弹性应变增量，应变增量与应力增量符合虎克定律，刚度为Eur。弹性状态卸载/重加载应力点位于弹性区域内，所有可能的应力增量都将产生弹性应变。当前屈服轨迹第18页土体硬化和小应变土体硬化模型PLAXIS高级培训教程体积硬化或称密度硬化密度硬化弹性区修正剑桥模型不控制K0NC弹性区硬化土体模型(HS)K0NC受控制于β。输入真实的K0NC值，需要较大的β值并且获得相对较陡峭的屈服盖帽。体积硬化在正常固结粘土和松砂上占主导；剪切应变硬化，在超固结粘土和密砂上占主导。体积硬化与剪切硬化双硬化弹性区双硬化(HS模型)弹性区体积硬化在正常固结粘土和松砂上占主导；剪切应变硬化，在超固结粘土和密砂上占主导。四个刚度区域双硬化混合硬化剪切硬化Eur弹性区帽盖硬化第19页土体硬化和小应变土体硬化模型PLAXIS高级培训教程HS模型与HS-small模型1.三轴压缩实验中双曲线应力应变关系2.动摩擦中塑性应变(剪切硬化)3.主压缩中塑性应变(密度硬化)压缩中塑性应变(密度硬化)4.幂关系的应力相关刚度5.弹性卸载/重加载6.预固结应力的记忆7.摩尔库伦破坏准则8.MC线下的剪胀9.小应变刚度双曲线应力应变关系三轴加载中邓肯-张或双曲线模型：对于：渐进线遵循摩尔库伦破坏准则的双曲线模型是HS和HSS模型的基础。相比邓肯-张模型，H