GTS 修正摩尔库伦和硬化土内容

MIDAS/GTS GTS V200 升级内容 01. 前处理功能 02. 材料本构 03. 单元 04. 分析功能 05. 后处理功能 . MIDAS/GTS V200 升级内容

02. 材料本构

1. 修正的莫尔－库伦本构(Modified Mohr-Coulomb)

修正的莫尔－库伦本构是在莫尔－库伦本构基础上改善的本构模型，适用于各种类型的地基，特别适用于象沙土或混凝土那样具有摩擦特性的材料。

修正的莫尔－库伦本构用于模拟具有幂率关系的非线性弹性模型和弹塑性模型的组合模型。如图.1所示，修正的莫尔－库伦本构的剪切屈服面与莫尔－库伦本构的屈服面相同，压缩屈服面为椭圆形的帽子本构。另外，修正的莫尔－库伦本构的剪切屈服面与压缩屈服面是独立的，在剪切方向和压缩方向采用了双硬化模型(Double Hardening)。

莫尔－库伦本构的偏平面形状为六边形，在计算顶点的塑应变方向时需要采用特别的数值计算方法。但是如图.2所示，修正的莫尔－库伦本构为了消除分析过程中的不稳定因素，偏平面采用了圆角处理，使计算的收敛性更好。修正的莫尔－库伦本构在p-q平面上采用了相关流动法则，在偏平面上采用了非关联流动法则(Non-associated Flow Rule)。另外，如图.1所示，使用p值，移动剪切屈服面可以反映莫尔－库伦本构的粘聚力效果。

图.1 在p-q平面

图.2 在偏平面

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修正的莫尔－库伦本构的材料参数输入窗口如下：

三轴试验的割线刚度(E50ref) 主压密试验的切线刚度(Eoedref) 卸载/加载刚度(Eurref) 参考压强(Pref) 极限膨胀角 剪切破坏面的摩擦角 应力水平依赖的乘方 孔隙率 KNC 超固结

三轴试验中极限强度的50%时的割线刚度 压密试验中参考压强下的弹性系数 卸载/加载时的弹性系数，一般取E50值的3倍 三轴试验中的基准压强 极限状态下的膨胀角 剪切破坏面的最大摩擦角 具有幂流关系的非线性材料的指数 孔隙率 正常固结粘土的应力比 超固结

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2. 硬化土模型

硬化土模型也是改善了莫尔－库伦本构的材料本构，是由Schanz(1998)开发的适用于模拟软土和硬土的最新材料本构关系。

如图.3所示，在pi-平面上的形状与普通的莫尔－库伦本构相同，且使用内摩擦角()、粘聚力(c)、膨胀角()来描述极限状态的应力。但是与描述理想弹塑性状态的莫尔－库伦本构不同，硬化土模型可以模拟应力增量随应变逐渐减小的硬化现象。岩土强度采用三轴试验刚度(E50)、三轴卸载刚度(Eur)和固结仪荷载强度(Eoed)描述，所以比莫尔－库伦本构更能准确地模拟地基。如图.3所示，硬化土模型的屈服面分别由描述剪切硬化和高约束应力状态下的帽子本构硬化的屈服面组成，所以可以描述各种应力状态。

虽然地基刚度的平均值一般推荐使用Eur3E50和Eoed/E501，但是对于软弱地基或刚度比较大的地基，Eoed/E50的值应取与实际接近的值(参考图.4)。另外，因为硬化土模型中的地基刚度随应力在变化，所以可以模拟地基刚度随压缩而增加的情况，并且具有抑制体积过渡膨胀的膨胀限值和抑制过渡张拉的张拉强度限值功能。

图.3 硬化土模型在

%平面上的屈服面，在弹性区域使用张拉强度限值抑制过渡张拉 pq

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升级内容 qAsymptoteaqFailure linefE50qE50E501 Figure 1. Hyperbolic stress-strain relation in primary loading for a standard drained triaxialtest [T. Schanz, 2000].图.4 标准排水试验中第一次加载时的应力－应变双曲线相关关系 硬化土模型的材料参数输入窗口如下：

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参数 沙土 一般的MC本构的弹性模量 粘土 Eref50 使用偏加载计算的弹性模量 - 硬土: 4000 t/m 2 - 软土: 2000 t/m2 与2 - 中硬土: 3000 t/mErefoed相同或5/4的值 Erefoed 压缩试验中得到的弹性模量 与Eref50相同或4/5的值 C2.3(1e)oedErefpref **C Erefur 弹性卸载/再加载时的弹性模量 卸载试验时的弹性模量或者为Erefur3p(12refur) *Eref50的3倍 C*2C2.3(1e)r kkc 弹塑性压缩模量 C2.3(1e)* 或者 *1e s 弹性膨胀模量 *2C2.3(1e)r 或者 *1e m 幂指数 一般取 0.5 pKur 卸载/再加载泊松比 一般取 0.2 ref 基准压 10 t/m(98.06kPa) 2NC0 正常固结粘土的静止土压力系数Ko 1-sin(Jaky, 1944) 0.44+0.42(PI/100) (Massursch,1979)  膨胀角 0(<30°) 或者 -30°(≥30°) cincrement 粘聚力增量 随深度变化的粘聚力增量 H 参考高度 粘聚力开始增加的位置的深度 Rf 破坏比 一般取 0.9

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