岩土本构模型 (Constitutive Models in FLAC3D and 3DEC) [2]

文摘   科技   2024-11-18 08:56   内蒙古  

1. 引言

本构模型是岩土材料在受力时响应行为的数学表示,它们在岩土工程和地质力学中至关重要,用于模拟和分析材料在不同条件下的行为。在【岩土本构模型 (Constitutive Models in FLAC3D and 3DEC) [1]】中,系统地讨论了空模型组(Null Model Group)和弹性模型组(Elastic Model Group)以及部分塑性模型组(Plastic Model Group)。当时使用的<Constitutive Models in FLAC3D and 3DEC>有缺陷,一方面来自文档没有产生出最新的内容,另一方面本地大语言模型的总结能力较差,现在对这两方面都作了校正,因此本文补充了第一部分没有覆盖的内容,主要是塑性模型组(Plastic Model Group),塑性模型组用于描述材料在达到屈服点后的塑性变形行为。

2. 塑性本构模型

(1) 冯·米塞斯模型(Von-Mises Model):这是一个基本的弹塑性模型,考虑了塑性剪切应变,但忽略了塑性体积应变,是金属类材料的典型弹塑性模型【域(field)变量及其插值方法】。
(2) 德鲁克-普拉格模型(Drucker-Prager Model):这个塑性模型可能适用于模拟低摩擦角的软粘土。但通常不推荐用于地质材料,主要是为了与其他数值程序结果进行比较。
(3) 莫尔-库仑模型(Mohr-Coulomb Model):这是用来表示土和岩石剪切破坏的传统模型。例如,Vermeer和de Borst(1984)报告了砂和混凝土的实验室测试结果,这些结果与莫尔-库仑准则吻合得很好【FLAC/3DEC 新功能---非线性Mohr-Coulomb本构模型】。
(4) 遍布节理模型(Ubiquitous-Joint Model):这是一个各向异性塑性模型,包含了特定方向的弱面嵌入在莫尔-库仑固体中【Ubiquitous节理岩体模拟(Ubiquitous Joint Rock Mass Modelling)】。
(5) 遍布各向异性模型(Ubiquitous-Anisotropic Model):这个模型具有弱点面和各向异性弹性【考虑节理膨胀角 (joint dilation angle)】。

(6) 应变软化/硬化模型(Strain-Softening/Hardening Model):该模型允许根据莫尔-库仑模型属性(即内聚力、摩擦角、膨胀和抗拉强度)作为剪切塑性应变的函数来表示非线性材料软化和硬化行为【FLAC3D塑性应变计算和剪切应变增量】。

(7) 双线性软化/硬化遍布节理模型(Bilinear-Softening/Hardening Ubiquitous-Joint Model):这个双线性应变软化/硬化遍布节理模型允许根据遍布节理模型属性(即内聚力、摩擦角、膨胀和抗拉强度)作为剪切和拉伸塑性应变的函数来表示材料软化和硬化行为。通过使用双线性选项,还可以考虑材料强度属性随平均应力的变化。

(8) 双屈服模型(Double-Yield Model):这个模型旨在表示除了剪切屈服外,可能存在显著不可逆压实的材料,例如水力充填的回填或轻微胶结的颗粒材料【与充填采矿模拟相关的一些注意事项(Excavation and Backfilling)】。

(9) 塑性硬化(Plastic-Hardening, PH)模型:这是一个具有剪切和体积硬化的弹塑性模型,仅在FLAC3D中提供【塑性硬化模型 [Plastic-Hardening (PH) Model]】。

(10) Finn模型:这是一个简单的莫尔-库仑类型模型,考虑了在动态分析中由于超孔隙水压力的积累(zone cmodel assign finn)【液化模拟(Liquefaction Modeling)】。

(11) P2PSand模型:这是一个实用的双表面塑性砂土模型,用于一般的3D岩土地震工程应用,旨在捕捉土的基本动态特性【LangChain更新到0.3.10 (受地震荷载作用下的码头稳定性)】。

(12) 混凝土模型(Concrete Model):这是一个塑性损伤混凝土模型(zone cmodel assign concrete)【钢筋混凝土梁的FLAC3D模拟---塑性损伤模型】。

混凝土塑性损伤模型

(13) 柱状玄武岩(Columnar-Basalt, COMBA)模型:这个模型考虑了非各向同性矩阵中多达四个任意方向的弱点(遍布节理)。

(14) IMASS模型:这是一个用于高级应变软化的Itasca模型【深部和高应力采矿: IMASS本构模型在崩落采矿中的应用】。

IMASS模型起源于自然崩落法


3. 其它岩土本构模型

FLAC2D和FLAC3D以及3DEC提供了其他材料模型,包括时间依赖的蠕变本构模型和动态分析选项中的孔隙压力生成材料模型。此外,还有一个修改版的德鲁克-普拉格模型,用于模拟与热水化相关的力学行为,称为水化-德鲁克-普拉格模型。此外,大多数本构模型(UDMs)的源代码包含在“\PluginFiles”目录中,用户可以修改这些模型或通过遵循编写新本构模型中的程序来创建自己的本构模型作为DLL。
FLAC2D和FLAC3D还包括流体和热本构模型。

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