FLAC3D岩土软件-本构模型.ppt

第五章本构模型 一般性考虑 选择本构模型及参数 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 a b面为对称面 a b轴与x y轴呈任意角度 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 所有模型都由屈服函数 硬化 软化函数 和流动准则描述 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 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 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 所有模型都使用有效应力描述 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 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 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 德鲁克 布拉格破坏准则 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 C B A fs 0 st s1 s3 s1 0 ft 0 s3 FLAC中的摩尔 库仑破坏准则 t 坡度 G 常应力sn g 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 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0 Modelrange Prop modelmohr propbulk 1e8shear 0 3e8fric 35propcoh 1e10tens 1e10 modelnullrangex 2 4y 2 6z 5 10 例7 1摩尔 库伦压缩测试 newgenzonecylp0000p1100p2020p3001size454genzonereflectnorm1 0 0genzonereflectnorm0 0 1 modelmohrpropbulk1 19e10shear1 1e10propcoh2 72e5fric44ten2e5 fixxyzrangey 1 1fixxyzrangey1 92 1iniyvel1e 7rangey 1 1iniyvel 1e 7rangey1 92 1inipp1e5 histgpydisp0 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step3000 例7 2应变硬化软化模型测试 newgenzonecylp0000p1100p2020p3001size454genzonereflectnorm1 0 0genzonereflectnorm0 0 1 modelsspropbulk1 19e10shear1 1e10propcoh2 72e5fric44ten2e5propctab1ftab2table10 2 72e51e 4 2e52e 4 1 5e53e 4 1 03e51 1 03e5table20 441e 4 422e 4 403e 4 381 385 fixxyzrangey 1 1fixxyzrangey1 92 1iniyvel1e 7rangey 1 1iniyvel 1e 7rangey1 92 1inipp1e5 histgpydisp0 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step3000 3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 4材料变形参数 5材料的强度参数 内聚力 摩擦角和抗拉强度 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 6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 6 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 例题应变软化材料的单轴实验 genzonecylp0000p1100p2040p3001size123012genzonereflectnorm1 0 0genzonereflectnorm0 0 1 modelss 应变硬化 软化模型proden2500bulk2e8she1e8co2e6fric45ten1e6dil10proftab1ctab2dtab3table1045 0542 140140table202e6 051e6 15e515e5table3010 053 10 fixxyzrangey 1 1fixxyzrangey3 94 1iniyvel2 5e 5rangey 1 1iniyvel 2 5e 5rangey3 94 1 newTitle 应变软化材料单轴实验 defax strstr 0pnt gp headloopwhilepnt nullifgp ypos pnt 0 1thenstr str gp yfunbal pnt endifpnt gp next pnt endloopax str str pi cylinderradius 1end histn1histgpydisp0 0 0histax strhistgpxdisp1 1 0plothist 2vs1 axialstressvsaxialdisp step5000savebeforeplzones sav Plotofplasticregionaszoneswithstrain 0 2 defShowPlasticZoneszp zone headloopwhilezp nullifz prop zp es plastic 0 2z group zp yield elsez group zp other endifzp z next zp endLoopendShowPlasticZones plocreaqqqploaddsurfredrangegroupyieldploaddaxesgreenplosetrot1233133plosetmag1 5 6 3体积硬化 软化 体积硬化化关系到不可逆压缩 增加同向压力可以引起体积永久减小 在胶结的砂 砾石和固结的粘土中 这种现象最常见 可以用模D一Y模型和剑桥模型来模拟体积硬化 软化 D一Y模型假设硬化取决于塑性应变 而剑桥模型则把硬化作为切应变和体应变的函数处理 关于体积硬化的修正剑桥模型的简 单练习见例题8一2 有关结果如图8 5 8 8 剑桥模型各向同性压缩实验例题 newgenzonebrickp0000p1100p2010p3001size111TitleIsotropiccompressiontestfornormallyconsolidatedsoil modelcam claypropshear250 bulk bound10000 propmm1 02lambda0 2kappa0 05propmpc5 mp11 mv l3 32 fixxyzinisxx 5 syy 5 szz 5 inixvel 0 5e 4rangex0 91 1iniyvel 0 5e 4rangey0 91 1inizvel 0 5e 4rangez0 91 1 定义fish函数 numericalvaluesforp q v defcamclay ini pp z zone headloopwhilep z nullmean p z sxx p z z syy p z z szz p z 3 0 z pp p z z prop p z cam cp mean pp z z next p z endloopendcamclay ini p 定义fish函数 numericalvaluesforp q v defpathp z zone headsp z prop p z cam cp sq z prop p z cq sqcr sp z prop p z mm ifsp 0 0thensp 1 endiflnp ln sp svol z prop p z cv mk z prop p z bulk mg z prop p z shear cpc z prop p z mpc end 装载 卸载练习 deftriploopi 1 5 commandinixvel 0 5e 4rangex0 91 1iniyvel 0 5e 4rangey0 91 1inizvel 0 5e 4rangez0 91 1step300inixvelmul 1yvelmul 1zvelmul 1step1000inixvelmul 1 yvelmul 1 zvelmul 1 step1000end commandend loopend 采样记录 hisnstep20hisunbalhispathhissphislnphissqhissvolhismkhismghisgpzdisp001 试验 Trip 结果 plothis3vs 9plothis6vs4plothis78vs 9savecamiso sav 6 4抗拉软化 抗拉破坏开始 材料的抗拉强度跌至零 在FLAC3D中由塑性抗拉应变控制抗拉强度的下降速率和抗拉软化的发生 这在应变硬化 软化模型可以通过Table命令或FISH函数得以控制 现举一简单实验来说明抗拉软化现象 在圆柱试样两端施加恒定速率使其分离 程序见例题8一3 试样网格如图8一9 轴向应力与轴向位移的关系如图8 10 径向位移与抽向位移的关系如图8一11所示 从图8 1 看出 中心就下降为零 此时 从 1 看 径向位移由原来的收缩变为膨胀说明抗拉软化发生 1 抗拉软化材料的抗拉试验 newgenzonecylp0000p1100p2020p3001size454genzonereflectnorm1 0 0genzonereflectnorm0 0 1 modelss 应变硬化 软化模型propbulk1 19e10shear1 1e10propcoh2 72e5fric44ten2e5propttab1table10 2e52e 5 0 边界及初始条件 fixxyzrangey 1 1fixxyzrangey1 92 1iniyvel 1e 8rangey 1 1iniyvel1e 8rangey1 92 1defax strstr 0pnt gp headloopwhilepnt nullifgp ypos