基本介紹
- 中文名：談彈塑性模型
- 外文名：彈塑性模型
- 學科：力學
- 定義：一種應力-應變本構模型
- 套用：岩土工程
- 階段：斜直線、平行
簡介,研究方法,微元分析,求解方法,岩土工程,
簡介
本構模型是指用於表示岩土介質材料的本構關係的物理模型。因通常由彈簧、黏壺和滑塊等實體元件組成而得名。按性質可分為彈性模型、剛塑性模型、彈塑性模型、黏彈性模型、黏塑性模型和彈黏塑性模型。與之相應的性質常由模型參數表示。彈塑性模型反映材料的塑性變形。可分為彈性階段，此處為線性關係；屈服階段，分為上屈服極限和下屈服極限；塑形流動階段，流動階段可長可短，和材料有關。該模型可以較好地描述混凝土應力一應變下降段(軟化)曲線，建立了應變空間的塑性本構關係，並構造了不同的混凝土應變鬆弛面（相對於應力空間的破壞包絡面）和相應的勢能函式，以反映混凝土卸載的殘餘應變、剛度退化等特性。
自從Roscoe 與他的同事提出劍橋模型，開創了土的增量彈塑性本構模型的先河。隨後各國學者提出了上百種土的彈塑性本構模型，包括單一屈服面、雙屈服面及多屈服面的模型。其主要特點是首先假設屈服面：有人基於土是摩擦材料這一認識，將屈服軌跡假設為一組直線或者是微彎的射線，在三維應力空間就是一組錐形屈服面；也有人看到在各向等壓下土的明顯的不可恢復的塑性體應變，而假設一組帽子屈服面，例如 Drucker 等就提出在 Mohr-Coulomb 錐形屈服面上再加上一組硬化帽形屈服面；還有人假設土同時具有這兩組屈服面，建立了雙重屈服面彈塑性模型或者綜合兩種情況的普遍形式的屈服面。
研究方法
微元分析
在彈塑性力學問題中，為了根據已知量求出未知量，必須建立它們之間的關係，即確立基本方程。在材料力學中，求物體中的內力常採用截面法，即假想將物體剖開，取截面一邊的部分物體作為脫離體，利用平衡條件以求得截面上的內力。截面法也是彈塑性力學方法中的一部分，但是更為基本的方法是微元分析法，即假想物體由無數個微分六面體（在內部）和無數個微分四面體（在邊界處）所組成，取微元體進行分析以建立基本方程。例如，考慮微元體的平衡，可寫出一組平衡微分方程和應力邊界條件。在彈塑性力學中，應力數總是超出平衡方程數，因此問題是超靜定的，必須考慮變形條件。一般地說，求解彈塑性力學問題須綜合考慮平衡微分方程、幾何方程、本構方程以及邊界條件，它們統稱為微分方程。這樣，微元分析使問題歸 結為求解微分方程。
求解方法
彈塑性力學微分方程的求解方法可分為解析方法、近似方法和試驗方法。解析方法就是直接求解微分方程組的某種綜合形式。對於大多數實際問題，由於結構材料的非線性、幾何形狀不規則、邊界條件複雜等原因，要得到解析解通常是困難的，甚至是不可能的。為了克服解析法的困難，提出了多種近似方法，例如變分法、有限差分法、有限單元法等。它們都屬於數值方法，其基本思路是將問題離散化，使無限自由度問題變成有限自由度問題，從而得出近似解答。例如，有限差分法是將微分方程 離散為差分方程，得到問題求解的代數方程組；有限單元法則是把結構離散化，最後也歸結為求解代數方程組。無論何種離散化方法，都包含著這樣一種近似：當離散變數的數目逐漸增加時，離散系統如所期望的那樣逼近於真實解。結構試驗（包括結構模型試驗和實際結構試驗）不同於材料試驗，它是直接求解彈塑性力學問題的試驗方法。這種試驗對於無法求得解析解的複雜結構具 有重要意義，而且試驗結果還可以作為檢驗數值結果可靠性的依據。
岩土工程
岩土工程是查明地質條件、提供地質資料，決定土建地下結構 (地基)設計方案和施工方法，融勘察和設計為一體的綜合技術的總稱。勘察 查明和研究與工程建設地下結構有關的地質條件。岩土工程勘察的目的是為工程建設場地進行地質評價，為地下結構的設計與施工提供資料，以及必要時評定岩土工程施工質量。其中心理論是工程地質學、岩土力學、土力學、結構力學、地基基礎工程學和其他地下結構工程學的有關部分。岩土條件的評價準則主要採用以機率統計理論為基礎的安全度原則。工作內容 主要包括：①提供建設場地的區域地震地質資料，如提供地震設防烈度，地面地震加速度，場地地震反映譜等地震動力參數，評價地基的抗震特性，如砂土液化、震陷、地裂縫等；②研究建設地段的地貌成因特別是，不良物理地質現象的發育情況和潛在因素，如滑坡、岩溶、濕陷、崩塌、地面沉降、採空區塌陷、地基土漲縮等，評價場地的地質穩定性，提出治理建議；③查明地層分布及岩土物理力學性質，如地基承載力、抗滑和抗剪強度、岩土壓力、基坑排水滲透係數、圍岩穩定性，以及各種特殊岩土特性等；④配合設計方案進行模擬的或者十足尺寸的岩土工程試驗;⑤對岩土結構施工中及完成後進行質量檢測。
技術手段
主要包括：井槽探，鑽探，採取岩、土、水試樣在試驗室用儀器對試樣進行分析試驗，在現場進行岩土原始位置測試，如標準貫入試驗、動力觸探、靜力觸探、旁壓試驗、載荷試驗等原位試驗，試坑或鑽孔抽水、注水或壓水試驗，物理勘探，以及在利用應力應變理論和彈性波傳播理論基礎上的岩土結構的承載力測試、應力分布測試及質量測試等。
工作深度和研究重點
根據工程設計階段有所區別。在工程的規劃與可行性研究階段，工作重點是場地地震條件和地質概括條件評價。在初步設計和施工圖設計階段，為滿足設計對岩土條件與確定基礎方案的需要，對具體工程項目地段逐步提高勘察的詳細程度，查明地層分布和岩土性質，並進行相應的方案試驗;初勘和地基方案試驗對應初步設計，詳勘對應施工圖設計。地質條件複雜的工程或施工時發現資料與實際不符，需配合進行施工地質勘察或進行補勘。
地基：承受建築和設備荷重的天然或人工處理後的地層，以及其它與地層起著共同作用的地下結構部分。地基設計需滿足以下兩個基本條件：①作用於地基的荷載不超過地基的承載力標準值，保證地基不發生整體破壞；②基礎沉降不超過容許值，保證建築物和設備不因地基變形而損壞或影響其正常使用。當地基條件較好時，應優先採用天然地基。對不同容量機組，主要地基土受力層的最低承載力標準值按電力行業標準規定取值。當地基土主要受力層的地基承載力標準值不能滿足規定要求或地基條件比較複雜時，需採用人工地基(見地基處理)。
