CN108051319A - 周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法 - Google Patents
周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108051319A CN108051319A CN201711127874.3A CN201711127874A CN108051319A CN 108051319 A CN108051319 A CN 108051319A CN 201711127874 A CN201711127874 A CN 201711127874A CN 108051319 A CN108051319 A CN 108051319A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- stress
- msub
- strain
- curve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0025—Shearing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
- G01N2203/0075—Strain-stress relations or elastic constants
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了一种周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法，包括步骤为：首先绘制土样应力‑应变和土样应力‑应变率关系曲线；将所得的土样应力‑应变和土样应力‑应变率关系曲线分别进行分解，并获取应力‑应变骨干曲线和应力‑应变率骨干曲线；将获取的应力‑应变骨干曲线和应力‑应变率骨干曲线进行线性叠加，得到周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型；最后，利用多元非线性回归方法，拟合四个模型参数，并分别建立模型参数和荷载周期与荷载角振幅间的函数关系。本发明能够逼真地再现实际海岸地区底床淤泥的动力响应特性，能模拟粘性土体在波浪振荡荷载下的流变特性，模型参数较少，具有广泛的适用性和扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及海岸工程和材料力学中土体流变特性领域，特别是一种周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法。
背景技术
淤泥质河口或淤泥质海岸广泛分布于世界各地。在淤泥质河口海岸，海床上存在一层高含水率、高流动性的软泥层。由于软泥层的存在，泥床与水体间将发生剧烈的相互作用并产生两个显著的现象，即表层波浪衰减与软泥层质量输移。研究建立波浪作用下淤泥质粘土的流变特性模型，对揭示波浪与淤泥质海床相互作用现象及其运动规律起到关键的作用，对研究伴随床面淤泥运动的污染物输送、规划设计海岸工程建筑物、以及分析海岸带地质变化具有重要意义。
迄今，为研究波浪与泥床的相互作用，已提出各种描述粘性土体力学特性的本构模型，如粘性模型、粘弹性模型、多孔介质模型及Bingham模型等。其主要区别在于对淤泥流变特性的假设不同。其中大多数模型的建立是基于单向旋转流变仪的实验结果。
在实际的淤泥质河口海岸，泥床所受到的外力和泥床的运动十分复杂。在河口附近，河流的径流和外海潮流起主导作用，泥床主要受到单向流或者长周期的往复潮流作用，可将泥层视为单向运动。而在沿海海岸区域，与海流引起的软泥层单向运动相比，波浪引起的泥层振荡运动占主导地位。采用单向旋转流变仪对土体进行单向静态流变实验得出的本构模型不适于淤泥层在波浪作用下的往复运动。因此，有必要研究淤泥在波浪动态荷载下的流变特性，建立周期性波浪振荡荷载作用下的粘性土(包括淤泥)的力学本构模型。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法，该周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法在大量动态剪切实验数据的基础上，通过分析土体的应力-应变及应力-应变率之间的关系，进行构建，从而能够逼真地再现实际海岸地区底床淤泥的动力响应特性，能够模拟粘性土体在波浪振荡荷载下的流变特性，模型参数较少，具有广泛的适用性和扩展性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法，包括如下步骤。
步骤1，绘制土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线：采用正弦振荡剪切流变仪对粘土试样进行动态剪切试验；通过改变荷载周期T和荷载角振幅A的大小进行多组实验，得到粘土试样在不同荷载强度组合下的应力、应变及应变率实验数据；然后，根据得到的实验数据，绘制土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线。
步骤2，构建粘弹塑性力学本构模型：将步骤1绘制的土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线分别进行分解，并获取应力-应变骨干曲线和应力-应变率骨干曲线；接着，将获取的应力-应变骨干曲线和应力-应变率骨干曲线进行线性叠加，得到周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型；构建后的粘弹塑性力学本构模型由如下方程表示：
其中：τ为粘土试样受到的剪切应力，ε为剪切应变，γ为剪切应变率；G0、μ0、α、β为模型参数，其中模型参数G0、μ0分别为初始剪切模量和初始粘性系数。
步骤3，四个模型参数计算：根据步骤1中得到的实验数据，利用多元非线性回归方法，拟合四个模型参数G0、μ0、α、β，并建立四个模型参数G0、μ0、α、β分别与荷载周期T和荷载角振幅A之间的数学函数关系。
步骤3中，四个模型参数G0、μ0、α、β与荷载周期T和荷载角振幅A之间的数学函数关系分别为：
式中，T为荷载周期，A为荷载角振幅；
另外，CG1、CG2、CG3、CG4为模型参数G0与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的4个常数，根据土样类型进行拟合得到；
Cμ1、Cμ2、Cμ3、Cμ4、Cμ5为模型参数μ0与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的5个常数，根据土样类型进行拟合得到；
Cα1、Cα1为模型参数α与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的2个常数，根据土样类型进行拟合得到；
Cβ1、Cβ2、Cβ3、Cβ4为模型参数β与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的4个常数，根据土样类型进行拟合得到。
步骤2中，粘弹塑性力学本构模型的构建方法，包括如下步骤。
步骤2.1，土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线分别进行分解：将步骤1绘制的土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线进行分解；其中，应力-应变率关系曲线被分解为应力-应变率骨干曲线和应力-应变率补偿曲线；应力-应变关系曲线被分解成应力-应变骨干曲线和应力-应变补偿曲线；在正弦振荡运动中，应变与应变率有90°相位差，故而在应力-应变率坐标下的应力-应变率骨干曲线与-在应力-应变坐标下的应力-应变补偿曲线为一一对应关系，同样地，在应力-应变坐标下的应力-应变骨干曲线对应于在应力-应变率坐标下的应力-应变率补偿曲线。
步骤2.2，获取应力-应变率骨干曲线：应力-应变率骨干曲线由如下方程描述：
其中：γ为剪切应变率，τ1为对应于剪切应变率的剪切应力，μ0和β为模型参数，μ0为初始粘性系数。
步骤2.3，获取应力-应变骨干曲线：应力-应变骨干曲线由如下方程描述：
其中：ε为剪切应变，τ2为对应于剪切应变的剪切应力，G0和α为模型参数，G0为初始弹性模量。
步骤2.4，构建粘弹塑性力学本构模型：将步骤2.2获取的应力-应变率骨干曲线以及步骤2.3获取的应力-应变骨干曲线进行线性叠加，即得到周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型。
步骤1中，正弦振荡剪切流变仪包括步进电机、实心转子、外筒和扭矩传感器；外筒同轴套装在实心转子的外周，外筒与实心转子之间具有土样填充间隙，土样填充间隙用于填充粘土试样；实心转子能在步进电机驱动下做周期性正弦振荡剪切运动，剪切粘土试样；扭矩传感器用于测试粘土试样所受的剪切应力。
步骤1中，绘制的土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线均为强非线性磁滞曲线。
本发明具有如下有益效果：采用正弦振荡剪切流变仪对粘土试样进行流变特性实验，能够逼真地再现实际海岸地区底床淤泥的运动现象，能够模拟粘性土体在波浪振荡荷载下的流变特性。另外，本发明构建的粘弹塑性本构模型，根据实验测得的粘性土体的应力-应变及应力-应变率间的关系构建，其模型公式简单，模型参数较少，并考虑了荷载周期和振幅对粘土流变特性的影响，具有广泛的适用性和扩展性。
附图说明
图1显示了本发明粘弹塑性力学本构模型的示意图，其中，1-1为应力-应变率关系曲线，1-2为应力-应变关系曲线。
图2显示了本发明中正弦振荡剪切流变仪的结构示意图。
图3显示了本发明优选实施例中应力-应变率及应力-应变曲线实验数据图，其中，3-1为应力-应变率试验数据曲线，3-2为应力-应变试验数据曲线。
图4显示了本发明优选实施例中应力-应变率及应力-应变曲线拟合图，其中，4-1为应力-应变率曲线拟合图，4-2为应力-应变曲线拟合图。
图5显示了本发明应力-应变及应力-应变率曲线分解示意图。
图6显示了本发明中应力-应变率骨干曲线示意图。
图7显示了本发明实施例中四个模型参数与荷载变量关系图。
其中有：1.步进电机；2.实心转子；3.外筒；4.扭矩传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法，包括如下步骤。
步骤1，按照如下方法绘制土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线。
步骤1.1，采用正弦振荡剪切流变仪对粘土试样进行动态剪切试验。
如图2所示，正弦振荡剪切流变仪包括步进电机1、实心转子2、外筒3和扭矩传感器4。外筒优选固定在支架内部，外筒同轴套装在实心转子的外周，实心转子优选固定在支架顶部，外筒与实心转子之间具有土样填充间隙。
首先将粘土试样装填在正弦振荡剪切流变仪的土样填充间隙中，设定荷载周期T及荷载角振幅A，步进电机启动，实心转子将在步进电机的驱动下，进行周期性正弦振荡剪切运动，剪切粘土试样。
粘土试样的剪切应变与剪切应变率由下列公式算出：
其中；rc为实心转子1的半径长度，rb为外筒3的内侧半径长度，A为正弦振荡荷载的角振幅，T正弦振荡荷载的周期，ε为剪切应变，γ为剪切应变率，t为时间。
粘土试样所受剪切应力τ可由扭矩传感器实时测量。
步骤1.2，通过改变荷载周期T和荷载角振幅A的大小进行多组实验，得到粘土试样在不同荷载强度组合下的应力、应变及应变率实验数据。
优选实施例：采用含水率130％的高岭土进行不同振荡荷载组合下的流变特性实验。荷载周期T分别为1.0s，2.0s，3.0s，4.0s，5.0s。荷载角振幅A分别为6°，9°，12°，16°，20°。进行共25组荷载组合实验，每组荷载组合实验中，均采用扭矩传感器实时记录剪切应力值，并计算相映时间点的剪切应变及剪切应变率。得到粘土试样在不同荷载强度组合下的应力、应变及应变率实验数据。
步骤1.3，根据步骤1.2得到的不同荷载强度组合下的应力、应变及应变率实验数据，绘制不同荷载强度组合下的土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线。根据优选实施例中的部分实验数据所绘制的土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线如图3所示，均优选为强非线性磁滞曲线。
步骤2，按照如下方法，构建如图1所示的粘弹塑性力学本构模型。
步骤2.1，土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线分别进行分解。
将步骤1绘制的土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线按照图5所示进行分解。其中，应力-应变率曲线(a)可分解成应力-应变率骨干曲线(b)和应力-应变率补偿曲线(c)。应力-应变曲线(d)可分解成应力-应变骨干曲线(f)和应力-应变补偿曲线(e)。在正弦振荡运动中，应变与应变率有90°相位差，故而在应力-应变率坐标下的应力-应变率骨干曲线(b)与-在应力-应变坐标下的应力-应变补偿曲线(e)为一一对应关系，同样地，在应力-应变坐标下的应力-应变骨干曲线(f)对应于在应力-应变率坐标下的应力-应变率补偿曲线(c)。
步骤2.2，按照如下方法，获取应力-应变率骨干曲线。
首先建立第一象限内应力-应变率骨干曲线的渐近线方程。
如图6所示，对于应力-应变率骨干曲线，考虑过原点的直角双曲线在第一象限的部分，其渐近线方程为：
其中，M，N分别为两条渐近线到y轴与x轴的距离。
上述双曲线方程表示为：γτ-Nγ+Mτ＝0
可得应力为：
其中
对应力求极值可得：
应力在原点处的导数为：
考虑曲线的对称性，故应力-应变率骨干曲线(b)的方程为：
其中：γ为剪切应变率，τ1为对应于剪切应变率的剪切应力，μ0和β为模型参数，μ0为初始粘性系数。
步骤2.3，按照与步骤2.2类似方法，获取应力-应变骨干曲线，其由如下方程描述：
其中：ε为剪切应变，τ1为对应于剪切应变的剪切应力，G0和α为模型参数，G0为初始弹性模量。
步骤2.4，构建粘弹塑性力学本构模型。
将步骤2.2获取的应力-应变率骨干曲线以及步骤2.3获取的应力-应变骨干曲线进行线性叠加，得到周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型；构建后的粘弹塑性力学本构模型由如下方程表示：
其中：τ为粘土试样受到的剪切应力，ε为剪切应变，γ为剪切应变率；G0、μ0、α、β为模型参数，其中模型参数G0、μ0分别为初始剪切模量和初始粘性系数。
步骤3，四个模型参数计算。
根据步骤1中得到的实验数据，利用多元非线性回归方法，分别拟合各组次的四个模型参数G0、μ0、α、β，如图7所示。同样利用多元非线性回归方法，计算四个模型参数G0、μ0、α、β分别与荷载周期T和荷载角振幅A之间的数学函数关系。
在荷载角振幅A不变的情况下，模型参数G0和模型参数β均与荷载周期T成线性关系；模型参数α的值不随荷载周期T的变化而变化，并与荷载角振幅A成幂函数关系；在荷载周期T不变的情况下，模型参数μ0与荷载角振幅A成线性关系。
总结如上规律，四个模型参数G0、μ0、α、β与荷载周期T和荷载角振幅A之间的数学函数关系分别为：
式中，T为荷载周期，A为荷载角振幅；
另外，CG1、CG2、CG3、CG4为模型参数G0与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的4个常数，根据土样类型进行拟合得到。
Cμ1、Cμ2、Cμ3、Cμ4、Cμ5为模型参数μ0与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的5个常数，根据土样类型进行拟合得到。
Cα1、Cα1为模型参数α与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的2个常数，根据土样类型进行拟合得到。
Cβ1、Cβ2、Cβ3、Cβ4为模型参数β与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的4个常数，根据土样类型进行拟合得到。
上述四个模型参数G0、μ0、α、β分别与荷载周期T和荷载角振幅A之间的数学函数关系中所涉及的各个参数CG1、CG2、CG3、CG4、Cμ1、Cμ2、Cμ3、Cμ4、Cμ5、Cα1、Cα1、Cβ1、Cβ2、Cβ3及Cβ4的值，以含水率为130％的高岭土为例，拟合后，建立的四个模型参数G0、μ0、α、β与荷载周期T和荷载角振幅A之间的数学函数关系分别为：
式中，T为荷载周期，A为荷载角振幅。
模型验证
将粘土试样所受到的荷载周期T及荷载角振幅A条件，代入步骤3所建立的四个模型参数G0、μ0、α、β分别与荷载周期T和荷载角振幅A之间的数学函数关系中，计算出四个模型参数。然后，将计算出的不同荷载组合下的四个模型参数代入步骤2所建立的粘弹塑性力学本构模型中，计算并绘制拟合得到的不同荷载组合下的土样应力-应变及应力-应变率关系曲线(如图4所示)。将实验结果(图3)与计算结果(图4)进行对比，可见由本发明所提出的粘土力学本构模型得到的土样应力-应变率和应力-应变间的关系与其实验结果吻合度较高。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，绘制土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线：采用正弦振荡剪切流变仪对粘土试样进行动态剪切试验；通过改变荷载周期T和荷载角振幅A的大小进行多组实验，得到粘土试样在不同荷载强度组合下的应力、应变及应变率实验数据；然后，根据得到的实验数据，绘制土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线；
步骤2，构建粘弹塑性力学本构模型：将步骤1绘制的土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线分别进行分解，并获取应力-应变骨干曲线和应力-应变率骨干曲线；接着，将获取的应力-应变骨干曲线和应力-应变率骨干曲线进行线性叠加，得到周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型；构建后的粘弹塑性本构模型由如下方程表示：
<mrow>
<mi>&tau;</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>G</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mi>&epsiv;</mi>
</mrow>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>|</mo>
<mi>&epsiv;</mi>
<mo>|</mo>
</mrow>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mi>&gamma;</mi>
</mrow>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<mi>&beta;</mi>
<mo>|</mo>
<mi>&gamma;</mi>
<mo>|</mo>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中：τ为粘土试样受到的剪切应力，ε为剪切应变，γ为剪切应变率；G0、μ0、α、β为模型参数，其中模型参数G0、μ0分别为初始剪切模量和初始粘性系数；
步骤3，四个模型参数计算：根据步骤1中得到的实验数据，利用多元非线性回归方法，拟合四个模型参数G0、μ0、α、β，并建立四个模型参数G0、μ0、α、β分别与荷载周期T和荷载角振幅A之间的数学函数关系。
2.根据权利要求1所述的周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法，其特征在于：步骤3中，四个模型参数G0、μ0、α、β与荷载周期T和荷载角振幅A之间的数学函数关系分别为：
<mfenced open = "{" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>G</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mrow>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>G</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mi>A</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>G</mi>
<mn>2</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>T</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>G</mi>
<mn>3</mn>
</mrow>
</msub>
<mi>A</mi>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>G</mi>
<mn>4</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mrow>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>&mu;</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mi>T</mi>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>&mu;</mi>
<mn>2</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>A</mi>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>&mu;</mi>
<mn>3</mn>
</mrow>
</msub>
<msup>
<mi>T</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>&mu;</mi>
<mn>4</mn>
</mrow>
</msub>
<mi>T</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>&mu;</mi>
<mn>5</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>&alpha;</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<msup>
<mi>A</mi>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>&alpha;</mi>
<mn>2</mn>
</mrow>
</msub>
</msup>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mi>&beta;</mi>
<mo>=</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mrow>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>&beta;</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mi>ln</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>A</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>&beta;</mi>
<mn>2</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>T</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>&beta;</mi>
<mn>3</mn>
</mrow>
</msub>
<mi>ln</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>A</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>&beta;</mi>
<mn>4</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
式中，T为荷载周期，A为荷载角振幅；
另外，CG1、CG2、CG3、CG4为模型参数G0与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的4个常数，根据土样类型进行拟合得到；
Cμ1、Cμ2、Cμ3、Cμ4、Cμ5为模型参数μ0与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的5个常数，根据土样类型进行拟合得到；
Cα1、Cα1为模型参数α与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的2个常数，根据土样类型进行拟合得到；
Cβ1、Cβ2、Cβ3、Cβ4为模型参数β与荷载周期T和荷载角振幅A之间的函数关系中涉及的4个常数，根据土样类型进行拟合得到。
3.根据权利要求1所述的周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法，其特征在于：步骤2中，粘弹塑性力学本构模型的构建方法，包括如下步骤：
步骤2.1，土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线分别进行分解：将步骤1绘制的土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线进行分解；其中，应力-应变率关系曲线被分解为应力-应变率骨干曲线和应力-应变率补偿曲线；应力-应变关系曲线被分解成应力-应变骨干曲线和应力-应变补偿曲线；在正弦振荡运动中，应变与应变率有90°相位差，故而在应力-应变率坐标下的应力-应变率骨干曲线与在应力-应变坐标下的应力-应变补偿曲线为一一对应关系，同样地，在应力-应变坐标下的应力-应变骨干曲线对应于在应力-应变率坐标下的应力-应变率补偿曲线；
步骤2.2，获取应力-应变率骨干曲线：应力-应变率骨干曲线由如下方程描述：
<mrow>
<msub>
<mi>&tau;</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mi>&gamma;</mi>
</mrow>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<mi>&beta;</mi>
<mo>|</mo>
<mi>&gamma;</mi>
<mo>|</mo>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中：γ为剪切应变率，τ1为对应于剪切应变率的剪切应力，μ0和β为模型参数，μ0为初始粘性系数；
步骤2.3，获取应力-应变骨干曲线：应力-应变骨干曲线由如下方程描述：
<mrow>
<msub>
<mi>&tau;</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>G</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mi>&epsiv;</mi>
</mrow>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mo>|</mo>
<mi>&epsiv;</mi>
<mo>|</mo>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中：ε为剪切应变，τ2为对应于剪切应变的剪切应力，G0和α为模型参数，G0为初始弹性模量；
步骤2.4，构建粘弹塑性力学本构模型：将步骤2.2获取的应力-应变率骨干曲线以及步骤2.3获取的应力-应变骨干曲线进行线性叠加，即得到周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型。
4.根据权利要求1所述的周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法，其特征在于：步骤1中，正弦振荡剪切流变仪包括步进电机、实心转子、外筒和扭矩传感器；外筒同轴套装在实心转子的外周，外筒与实心转子之间具有土样填充间隙，土样填充间隙用于填充粘土试样；实心转子能在步进电机驱动下做周期性正弦振荡剪切运动，剪切粘土试样，其所作周期性正弦振荡剪切运动的周期T及角振幅A可通过电机控制系统设定；扭矩传感器用于测试粘土试样所受的剪切应力。
5.根据权利要求1所述的周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法，其特征在于：步骤1中，绘制的土样应力-应变和土样应力-应变率关系曲线均为强非线性磁滞曲线。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711127874.3A CN108051319B (zh) | 2017-11-15 | 2017-11-15 | 周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711127874.3A CN108051319B (zh) | 2017-11-15 | 2017-11-15 | 周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108051319A true CN108051319A (zh) | 2018-05-18 |
| CN108051319B CN108051319B (zh) | 2019-07-23 |
Family
ID=62120114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711127874.3A Expired - Fee Related CN108051319B (zh) | 2017-11-15 | 2017-11-15 | 周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108051319B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109187334A (zh) * | 2018-07-17 | 2019-01-11 | 昆明理工大学 | 考虑非线性和应变率效应的材料交互界面数值模拟方法 |
| CN114201900A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-18 | 西安石油大学 | 一种表征低渗储层非达西渗流的方法 |
| CN114266206A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-01 | 河海大学 | 波浪-淤泥相互作用实验测量装置及计算分析系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106404567A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-15 | 上海交通大学 | 波浪荷载下桩土模拟装置及方法 |
| CN106644768A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-05-10 | 武汉科技大学 | 一种新型土工动力直剪试验装置 |
| CN107036912A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-08-11 | 中国建筑东北设计研究院有限公司 | 一种粗颗粒土非线性弹性本构模型的构建方法 |
-
2017
- 2017-11-15 CN CN201711127874.3A patent/CN108051319B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106404567A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-15 | 上海交通大学 | 波浪荷载下桩土模拟装置及方法 |
| CN106644768A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-05-10 | 武汉科技大学 | 一种新型土工动力直剪试验装置 |
| CN107036912A (zh) * | 2017-05-27 | 2017-08-11 | 中国建筑东北设计研究院有限公司 | 一种粗颗粒土非线性弹性本构模型的构建方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| CAN.GEOTECH: "Simulating a direct shear box test by DEM", 《中国科技论文在线》 * |
| 黎冰: "《动荷载下粘土与EPS颗粒混合轻质土的变形和强度特性》", 30 June 2007 * |
| 黎冰: "几个影响室内土动力试验的重要试验参数", 《防灾减灾工程学报》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109187334A (zh) * | 2018-07-17 | 2019-01-11 | 昆明理工大学 | 考虑非线性和应变率效应的材料交互界面数值模拟方法 |
| CN109187334B (zh) * | 2018-07-17 | 2020-11-17 | 昆明理工大学 | 考虑非线性和应变率效应的材料交互界面数值模拟方法 |
| CN114201900A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-18 | 西安石油大学 | 一种表征低渗储层非达西渗流的方法 |
| CN114201900B (zh) * | 2021-12-10 | 2023-09-19 | 西安石油大学 | 一种表征低渗储层非达西渗流的方法 |
| CN114266206A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-01 | 河海大学 | 波浪-淤泥相互作用实验测量装置及计算分析系统 |
| CN114266206B (zh) * | 2021-12-24 | 2022-09-09 | 河海大学 | 波浪-淤泥相互作用实验测量装置及计算分析系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108051319B (zh) | 2019-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Atkinson | The mechanics of soils and foundations | |
| Underwood | Multiscale Constitutive Modeling of Asphalt Concrete. | |
| Chong et al. | Smart and designer structural material systems | |
| Gerolymos et al. | Static and dynamic response of massive caisson foundations with soil and interface nonlinearities—validation and results | |
| Helwany | Applied soil mechanics with ABAQUS applications | |
| CN108051319A (zh) | 周期性正弦振荡荷载下粘性土体粘弹塑性本构模型的构建方法 | |
| JP5077968B2 (ja) | 解析システム、解析方法、プログラムおよび機械装置 | |
| CN109583089B (zh) | 考虑路基应力-模量相互作用的路面结构应力状态确定方法 | |
| Dobrescu | Highlighting the change of the dynamic response to discrete variation of soil stiffness in the process of dynamic compaction with roller compactors based on linear rheological modeling | |
| CN108446460A (zh) | 一种径向非均质、纵向成层土体中桩基纵向振动分析方法 | |
| Vicent et al. | Effects of long-term cyclic horizontal loading on bucket foundations in saturated loose sand | |
| Yan et al. | Experimental study on small-strain shear modulus of unsaturated silty-fine sand | |
| Suwal et al. | Poisson’s ratio evaluation on silty and clayey sands on laboratory speicmens by flat disk shaped piezo-ceramic transducer | |
| Cui et al. | Three-dimensional spatial stress state of highway subgrade under vehicle load: experimental evidence and evaluation model | |
| Caicedo | Geotechnics of roads: advanced analysis and modeling | |
| CN102508946B (zh) | 有限水深下溢油海面的仿真方法 | |
| CN108444839B (zh) | 周期性荷载作用下淤泥动态本构模型的建立方法 | |
| Afifi | Effects of stress history on the shear modulus of soils | |
| Gorman et al. | Steady-state response of a cantilever plate subjected to harmonic displacement excitation at the base | |
| Fekadu | Simulating the dynamic response of a soil-pile system using ABAQUS | |
| CN108304653A (zh) | 晶体培植工艺环境振动影响定量快速评估技术 | |
| Karatağ et al. | Evaluation of flexible highway embankment under repetitive wheel loading using finite element analysis | |
| Hwang et al. | APPLICATION OF SYSTEM IDENTIFICATION FOR DYNAMIC CHARACTERISTICS OF ROCKING FOUNDATIONS. | |
| CN107560977A (zh) | 一种正弦动力振荡式剪切流变仪 | |
| Soltani | Development of Soil-Pile Interaction Models in Improved Soils Using Centrifuge Test Data and System Identification Methods |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190723 Termination date: 20211115 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |