FLAC3D岩土软件-本构模型

第五章本构模型CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY本构模型类型代表性的材料类型应用实例零模型挖空区洞穴，开挖和将要回填的区域各向同性弹性模型均匀各向同性连续体材料，具有线形应力应变行为的材料处于强度极限下的人工材料（如钢材），安全系数法计算横观各向同性弹性模型具有弹性各向异性力学行为的薄板层状材料(如板岩)加载不超过强度极限的薄板层状材料德鲁克-普拉格塑性模型应用有限;内摩擦角低的软土常用于和隐式有限元程序进行比较摩尔-库仑塑性模型松散状和粘结状粒状散体材料：土体、岩石、混凝土通用的岩土力学模型(如边坡稳定问题和地下开挖)节理化塑性模型具有强度各向异性的薄板层状材料（如板岩）紧密沉积层开挖应变硬化/软化摩尔-库仑模型具有非线性硬化和软化行为的粒状散体材料双线性应变强化/软化节理化塑性模型具有非线性强化和软化行为的薄板层状材料用于研究薄板层状材料破坏后力学行为双屈服塑性模型压应力可以引起不可恢复的体积缩小的低粘结性的粒状散体材料水力回填材料修正的剑桥粘土模型霍克-布朗模型可塑性和剪切强度是体积变化的函数的材料各向同性岩石材料位于粘土中的岩土工程位于岩石中的岩土工程一般性考虑—选择本构模型及参数CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY弹性本构模型零模型—所有的应力均为零:模拟挖空区弹性模型—各向同性，线性各项异性—弹性，假定单元为横观各项异性bg-b面为对称面.,b轴与x,y轴呈任意角度fbxyCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY德鲁克-布拉格;摩尔-库伦;单一节理;应变硬化-软化;双屈服;修正剑桥粘土;霍克-布朗1.所有模型都由屈服函数，硬化/软化函数，和流动准则描述;2.塑性流动基于塑性理论，即总应变可以分解为弹性分量和塑性分量，只有弹性应变分量根据弹性定律引起应力增加。而且，弹性和塑性分量与主应力同轴;3.德鲁克-布拉格，摩尔-库伦，单一节理,应变硬化-软化模型使用剪切屈服函数和非相关联流动法则;4.德鲁克-布拉格，摩尔-库伦，单一节理,应变硬化-软化模型另外还定义了拉伸强度准则及其相关流动法则;5.所有模型都使用有效应力描述;6.双屈服和修正剑桥粘土考虑了体积改变对材料可变形性和体积变形的影响;7.霍克-布朗包含非线性破坏面，随围压改变的塑性流动法则.塑性本构模型CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY德鲁克-布拉格带有非相关流动法则的弹性/塑性模型:剪切屈服应力是平均应力的函数Cstkf/qfBkfft=0Ats德鲁克-布拉格破坏准则CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY摩尔-库仑带有非相关流动法则的弹性/塑性模型:根据最大及最小主应力进行判断CBAfNc2stftancs1ft=0s3FLAC中的摩尔-库仑破坏准则t坡度=G(常应力sn)gCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY霍克-布朗模型非线性破坏面是一个经验公式,用来描述均质岩体的强度极限.该模型的塑性流动法则是围压的函数.CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY本构模型的选择注意：（1）材料的本构模型必须先定义，以便绘图或显示材料参数。（2）如果材料参数关键字与本构模型不协调，则弹出警告信息，提示用户接受了不需要的材料参数值；（3）本构模型需要的材料参数没有指定时，系统使用默认值，除非另外指定，默认值为0Model关键字rangeProp关键字1关键字2关键字3modelmohrpropbulk=1e8shear=0.3e8fric=35propcoh=1e10tens=1e10。modelnullrangex=2,4y=2,6z=5,10CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY例7-1摩尔-库伦压缩测试newgenzonecylp0000p1100p2020p3001size454genzonereflectnorm1,0,0genzonereflectnorm0,0,1modelmohrpropbulk1.19e10shear1.1e10propcoh2.72e5fric44ten2e5fixxyzrangey-.1.1fixxyzrangey1.92.1iniyvel1e-7rangey-.1.1iniyvel-1e-7rangey1.92.1inipp1e5histgpydisp0,0,0;采样记录座标[0，0，0]处节点y方向位移histzonesyy0,1,0;采样记录座标[0，1，0]处单元体yy方向应力histzonesyy1,1,0;采样记录座标[1，1，0]处单元体yy方向应力step3000CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY例7-2应变硬化软化模型测试newgenzonecylp0000p1100p2020p3001size454genzonereflectnorm1,0,0genzonereflectnorm0,0,1modelsspropbulk1.19e10shear1.1e10propcoh2.72e5fric44ten2e5propctab1ftab2table10,2.72e51e-4,2e52e-4,1.5e53e-4,1.03e51,1.03e5table20,441e-4,422e-4,403e-4,381,385fixxyzrangey-.1.1fixxyzrangey1.92.1iniyvel1e-7rangey-.1.1iniyvel-1e-7rangey1.92.1inipp1e5histgpydisp0,0,0;采样记录座标[0，0，0]处节点y方向位移histzonesyy0,1,0;采样记录座标[0，1，0]处单元体yy方向应力histzonesyy1,1,0;采样记录座标[1，1，0]处单元体yy方向应力step3000CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY3材料参数的附加关键字有三个附加关键字来修订材料参数赋值，必须紧跟在参数值后CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY4材料变形参数CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY5材料的强度参数内聚力、摩擦角和抗拉强度CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY德鲁克一普拉格模型的强度参数。l以通过内聚力和内摩擦角得到，例如，假设德鲁克一普拉格破坏在摩尔一库仑范圈内，则德鲁克一普拉格模型参数。。和与c、有如下关系式qKCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY6后破坏参数有许多实例，特别是在采矿工程领域,材料刚破坏时的反应是设计中重要的考虑因素，因此，这种后破坏行为必须考虑。在FLAC3D中，后破坏行为的反响定义为四种类型:剪切膨胀、剪切硬化/软化、体积硬化/软化、抗拉软化。摩尔-库仑模型、多节理模型、应变软化多节理模型可以模仿剪切膨胀，应变软化模型、多节理模型可以模仿剪切硬化/软化，修正剑桥模型可以模仿体积硬化/软化，应变软化模型、多节理模型可以模仿抗拉软化。6.1剪切膨胀CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY6.2剪切硬化/软化材料硬化或软化是在塑性屈服开始后的一个渐变过程，变形变得越来越无弹性，直到碎裂而致破坏。对每一特定的分析，硬化和软化的参数必须校准，它是通过三轴实验值后算出来的，通常是在迭代过程中发现硬化和软化的表达式。有关此方l颐的压缩实验见例题（）。数字测试条件可能影响剪切硬化和软化的特性。因此，单元体人小和网格形状对模型的计算是很重要的，例题8-1单轴压缩实验剪切软化材料的应用，在包含细密单元体的样件的顶部和底部慢速施加压力，软化反应如图8一2应变一位移曲线所示，剪切波及区域分别如图8-3和图8一4所示，塑性区是一个放射螺旋结构的漏斗形状。CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGY例题应变软化材料的单轴实验。genzonecylp0000p1100p2040p3001size123012genzonereflectnorm1,0,0genzonereflectnorm0,0,1modelss;应变硬化/软化模型proden2500bulk2e8she1e8co2e6fric45ten1e6dil10proftab1ctab2dtab3table1045.0542.140140table202e6.051e6.15e515e5table3010.053.10fixxyzrangey-.1.1fixxyzrangey3.94.1iniyvel2.5e-5rangey-.1.1iniyvel-2.5e-5rangey3.94.1newTitle；应变软化材料单轴实验CHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYdefax_strstr=0pnt=gp_headloopwhilepnt#nullifgp_ypos(pnt)0.1thenstr=str+gp_yfunbal(pnt)endifpnt=gp_next(pnt)endloopax_str=str/pi;cylinderradius=1endhistn1histgpydisp0,0,0histax_strhistgpxdisp1,1,0plothist-2vs1;axialstressvsaxialdisp.step5000savebeforeplzones.savCHINAUNIVERSITYOFMININGANDTECHNOLOGYPlotofplasticregionaszoneswithstrain0.2defShowPlasticZoneszp=zone_headloopwhilezp#nullifz_prop(zp,'es_pla