常用土体本构模型及其特点小结

1、常用土体本构模型及其特点小结山中一草线弹性模型线弹性模型遵从虎克定律，只有 2个参数，即弹性模量E和泊松比V,它是 最简单的应力-应变关系，但无法描述土的很多特征，主要应用于早期的有限元 分析及解析方法中，可用来近似模拟较硬的材料如岩土。Duncan-Chang（ DC 模型DC模型是一种非线性弹性模型，它用双曲线来模拟土的三轴排水试验的应 力-应变关系（图1）。它侧重于刻画土体应力-应变曲线非线性的简单特征，通过 弹性参数的调整来近似地考虑土体的塑性变形。 但所用的理论仍然是弹性理论而 没有涉及到任何塑性理论，故仍不能反映如应力路径对变形的影响、土体的剪胀 特性和球应力对剪应变的影响等土体的

2、很多重要性质。由于DC模型是在二为常数的常规三轴试验基础上提出的，比较适用于围压不变或变化不大、轴压增大的 情况，如模拟土石坝和路堤的填筑。图】IK模型关于三轴试验的应力-应变关系 Fig.l Duncan-Chang approxiniathm of the siress-strain rd nt kinship Ln ft standard drained triAxt*! te&lMohr-Coulomb （MC）模型MC模型是一种弹-理想塑性模型，它综合了胡克定律和Coulomb破坏准则。有5个参数，即控制弹性行为的2个参数：弹性模量E和泊松比v及控制塑性行 为的3个参数：有效

3、黏聚力c、有效内摩擦角 和剪胀角。MC模型采用了弹塑 性理论，能较好地描述土体的破坏行为但却认为土体在达到抗剪强度之前的应力 -应变关系符合胡克定律，因而并不能较好地描述土体在破坏之前的变形行为， 且不能考虑应力历史的影响及区分加荷和卸荷。故MC模型能较好地模拟土体的 强度问题，MC模型的六凌锥形屈服面（图 2）与土样真三轴试验的应力组合形 成的屈服面吻合得较好，因此 MC模型适合于低坝、边坡等稳定性问题的分析。N图2主应力空间中的ME屈脈面Fig.2 Yield surface of the MC: model in principskl垃in*黑常Kpiccs 3主应力空闾中ffirop屈

4、般面h'ig.3 VUIdl urlacc of th UP nmdel in principal stress. s>pareDrucker -Prager( DP)模型DP模型对MC模型的屈服面函数作了适当的修改，采用圆锥形屈服面（图3） 来代替MC模型的六凌锥屈服面，易于程序的编制和进行数值计算。它存在与 MC模型同样地缺点，相对而言，在模拟岩土材料时， MC模型较DP模型更加适 合。修正剑桥模型（MCC）MCC模型为等向硬化的弹塑性模型，它修正了剑桥模型的弹头形屈服面， 采用帽子屈服面（椭圆形）（图4）,以塑性体应变为硬化参数，能较好地描述黏 性土在破坏之前的非线性和依赖于应力水平或应力路径的变形行为，MCC模型从理论上和试验上都较好地阐明了土体的弹塑性变形特征，是应用最为广泛的软土本构模型之一。它需要4个模型参数，即原始压缩曲线的斜率（图5）、回弹曲线斜率、CSL线的斜率 、弹性参数泊松比V。此外，还需2个状态参数，即 初始孔隙比和前期固结压力 。图4 MCC模型在面上的屈服面 Fig*4 MCC model jleld surface tn space图J! 土样在各向等压下的行为Fig.5 BehAVior of soil imdtr i