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MCC模型和GCC模型的数值分析

确保MCC模型和GCC模型能有效运用的重要一步是设置初始先期固结压力pcin和相应的体积模量Kin。但是,这两个参数并不是由用户直接设置的,它们是由软件根据假定的初始地应力分布情况计算出来的。这里回忆一下之前介绍的三个基本的计算初始地应力的方法:

1. 侧压力系数Ko

侧压力系数Ko可以利用下式计算出初始平均正应力:

其中:

Ko

-

静止土压力系数

γ

-

岩土体容重

h

-

当前地表下方深度

假设岩土体为正常固结,若由侧压力系数法推导而来的应力满足屈服条件,则pcin的值由下式确定:

其中:

Mcs

-

临界状态线斜率

J

-

等效应力偏量

σm

-

平均正应力

Jσm的值由下式确定:

其中:

Ed

-

等效应力偏量

eij

-

偏应变

εij

-

总应变张量

εv

-

体积应变

σij

-

应力张量

sij

-

应力偏量

δij

-

Kronecker符号

Dijkl

-

弹性刚度张量

G

-

剪切弹性模量

K

-

体积模量

E

-

杨氏模量

ν

-

泊松比

在三轴压缩或拉伸的情况下,可以通过下面的公式来计算临界状态线的斜率Mcs

对于超固结土,初始先期固结压力pcin 的初始值通过下式进行修正:

体积模量的初始值利用下式计算:

其中当前孔隙比e由下式计算:

对于小应力情况 可以得到:

2. 自重应力法(弹性)

若侧压力系数Ko法不可使用,那么可以假设粘性土是弹性变形来进行分析,然后再采用之前定义的公式,利用得到的应力来推导出pcinKin 的初始值。由于软件允许在不同的工况阶段使用不同的材料模型,于是在下一个工况阶段,可以将初始的弹性材料模型替换成想要使用的MCC模型或GCC模型。

3. 自重应力法(塑性)

这种方法允许岩土体固结时满足以下假设,即计算初始地应力时考虑岩土材料为非线性变形,从而在第一工况阶段就发生了塑性变形。同侧压力系数Ko法一样,这里考虑的是正常固结土,即在岩土体变形过程中其变形沿着正常固结曲线向下移动,其pcinKin的初始值由下式给定:

在进行下一步分析之前,得到的塑性变形将变为零。在某些情况下,这种分析方法可能无法收敛。

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