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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2017-02-08

基坑数值分析中土体本构模型选择

很多网友问这样的问题，自己的模拟结果为什么和实测数据相差这么大呀？坑底隆起量咋这么大呀？应该选择哪种土体本构模型呢？也常常听到一些人不负责任的人说，改数据！别人的论文都是修改数据调出来的！

听到这我就气炸了，我大天朝已经够多的垃圾论文了，自己被坑了，难道还要继续生产垃圾来坑害他人吗？

对于学术一定要严谨对待！模拟时所取的数据有条件时一定要自己做试验，或者阅读高质量期刊的文献进行调研。因为设计图上的数据大多数都是偏保守的，实验员没有认真对待，而且只有常规的土体物理力学参数。
沈珠江院士说得好——计算岩土力学的核心问题是本构模型！这期小藕跟大家分享基坑数值分析土体本构模型的选择。
到目前已有几百种土体的本构模型，常见的可以分为三大类即弹性类模型、弹-理想塑性类模型和应变硬化类的弹塑性模型，如表1所示。同学们务必阅读高等土力学等相关书籍了解一下各本够模型主应力空间的屈服面，同时还要阅读软件的帮助文件才能更好的运用！

表1

模型大类	本够模型
弹性类模型	线弹性模型、非线性弹性模型Duncan-Chang（DC）模型
弹-理想塑性类模型	Mohr-Coulomb（MC）模型、Druker-Prager（DP）模型、
应变硬化类弹塑性模型	ModifiedCam-Clay（MCC）模型、Hardening Soil（HS）模型、Hardening soil with small strain stiffness（HSS）模型

首先来看看MC、HS以及 MCC三个本够模型选择的对比分析情况，如图1所示。

图1

墙体侧移，HS 模型和MCC 模型得到的变形较接近，MC 模型得到的侧移则要小得多，这是由于HS 模型和MCC 模型在卸荷时较加荷具有更大的模量，而MC模型的加荷和卸荷模量相同，且无法考虑应力路径的影响，这导致MC 模型产生很大的坑底回弹，从而减小了墙体的变形。从墙后地表竖向位移来看，HS 模型和MCC模型得到了与工程经验相符合的凹槽型沉降，而MC 模型的墙后地表位移则表现为回弹，这与工程经验不符。这种差别的原因还是由于MC 模型的回弹过大而使得墙体的回弹过大，进而显著地影响了墙后地表的变形。

为方便大家运用，整理出各种本构模型在基坑数值开挖分析中的适用性，如表2所示。

表2

本够模型的类型		不适用	适合初步分析	适于较准确工程分析	适合于高级分析
弹性模型	线弹性模型	√
	横观各项同性	√
	DC模型		√
弹-理想塑性模型	MC模型		√
弹-理想塑性模型	DP模型		√
硬化模型	MCC模型			√
硬化模型	HS模型			√
小应变模型	MIT-E3模型				√
小应变模型	切线刚度模型				√

弹性模型由于不能反映土体的塑性性质、不能较好地模拟主动土压力和被动土压力因而不适合于基坑开挖的分析。弹-理想塑性的MC 模型和DP 模型由于采用单一刚度往往导致很大的坑底回弹，难以同时给出合理的墙体变形和墙后土体变形。能考虑软粘土应变硬化特征、能区分加荷和卸荷的区别且其刚度依赖于应力历史和应力路径的硬化类模型如MCC 模型和HS模型，能同时给出较为合理的墙体变形及墙后土体变形情况。敏感环境下的基坑工程设计需重点关心墙后土体的变形情况，从满足工程需要和方便实用的角度出发，建议采用MCC 和HS 模型进行敏感环境下的基坑开挖数值分析。

参考文献：

徐中华, 王卫东. 敏感环境下基坑数值分析中土体本构模型的选择[J]. 岩土力学, 2010,31(1):258-264.
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