土體在骨架應力作用下，顆粒的重新排列和骨架的錯動具有明顯的時間效應，土體的變形和內部應力變化都與時間有關，通過大量的試驗證明了土體具有粘彈性特徵。土體的粘彈塑性模型建立一般採用三個基本元件： 虎克體彈簧、牛頓體粘壺和聖維南體滑塊來進行組合。
基本介紹
- 中文名：粘彈性模型
- 外文名：viscoelastic model
- 學科：工程力學
- 元件：虎克體彈簧、牛頓體和聖維南體
- 類別：土的本構關係
- 經典模型：麥克斯威爾模型、參量固體模型
簡介,土的本構關係,經典模型,
簡介
粘彈性理論是固體力學的一個研究內容。它在考慮材料的彈性性質和粘性性質的基礎上，研究材料內部應力和應變的分布規律以及它們和外力之間關係。材料的粘性性質主要表現為材料中的應力和應變率有關。粘彈性地基模型是在彈性地基模型基礎上加入了粘彈性元件（阻尼器或粘壺）。對於粘性元件( 阻尼器或粘壺) 它代表牛頓流體，服從牛頓內摩擦定律。地基的粘彈性性質，可採用粘彈性模型理論來描述，粘彈性模型可以由離散的彈性元件(彈簧)和粘彈性元件 (阻尼器或粘壺) 按不同的連線方式組合而成。
粘彈性模型的本構關係可分為兩部分：其一是球應力分量下的本構關係；其二是應力偏量下的本構關係。有些研究者認為剪下變形（由應力偏量引起）和體積變形（由球應力引起）可以具有相同的流變規律，也可以具有不同的流變規律，甚至認為球應力不引起粘性變形。顯然，為了合理地考察工程材料在荷載作用下的粘性變形狀態，有必要分別對應力偏量和球應力進行考察。當假設剪下變形和體積變形具有相同的流變規律時，應力偏量下的粘性係數和球應力下的粘性係數之間存在何種關係。
土的本構關係
土體是天然地質材料的歷史產物。土是一種複雜的多孔材料，在受到外界荷載作用後，其變形具有以下特性：1)土體的變形具有明顯的非線性，如：土體的壓縮試驗e—p曲線、三軸剪下試驗的應力—應變關係曲線、現場承載板試驗所得的p—s曲線等；2) 土體在剪下應力作用下會產生塑性應變，同時球應力也引起塑性應變；3) 土體尤其是軟黏土，具有十分明顯的流變特性；4) 由於土體的構造或沉積等原因，使土具有各向異性；5) 緊砂、超固結黏土等在受剪後都表現出應變軟化的特性；6) 土體的變形與應力路徑有關，證明不同的載入路徑會出現較大的差別；7)剪脹性等。為了更好地描述土體的真實力學—變形特性，建立其應力、應變和時間的關係，在各種試驗和工程實踐經驗的基礎上提出一種數學模型，即：土體的本構關係。
經典模型
麥克斯威爾模型是由一個彈簧和一個阻尼器串聯而成的粘彈性力學模型，麥克斯威爾連線方式相當於電路中的串聯電路，也稱鬆弛模型，它是模型理論中的一種基本模型。
三參量固體模型是固體在施加或取消應力後，通常立即發生一定大小的彈性應變，接著是蠕動。二參數模型中的麥克斯威爾和開爾文這兩種粘彈性體模型都部分地反映了真實固體的上述性質，但在許多情況下它們並不能滿意地描述應力—應變特徵。對於複雜地基有時需要用到比較複雜的粘彈性模型， 所以就需要用基本元件和基本模型串聯或者並聯組合成較為複雜、合理的粘彈性模型。由一種基本模型和一種基本元件經過串聯或者並聯可以組合成不同的四種三元件模型。
廣義開爾文模型是一種粘彈性體模型，它由一個虎克體和n 個開爾文元件組成。不同應力分量下的廣義開爾文模型。
三參量流體模型由粘性元件與開爾文模型串聯或由粘性元件與麥克斯韋模型並聯而成的一種線性粘彈性模型。體現粘性流動與延滯彈性的特徵。
伯格斯模型是由麥克斯韋單元和開爾文單元串聯而成的線性粘彈性體的一種模型。表征一種四參量流體。蠕變柔量為麥克斯韋 流體和開爾文固體兩者柔量之和，呈流體特徵；鬆弛模量含兩個指數函式。可用以表示非晶態聚合物粘彈行為的基本特徵，能近似地描述一些金屬蠕變曲線的前兩個階段。
