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CN106996970B - 一种基于非饱和土非线性强度包络壳模型的土体抗剪强度计算方法 - Google Patents

一种基于非饱和土非线性强度包络壳模型的土体抗剪强度计算方法 Download PDF

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Abstract

一种基于非饱和土非线性强度包络壳模型的土体抗剪强度计算方法，所属技术领域为土力学。目前，非饱和土力学领域应用广泛的抗剪强度模型是Fredlund提出的Mohr‑Coulomb破坏包面平面模型，但该平面模型的应用范围较小，相应的土体抗剪强度计算误差较大。本发明的技术方案要点为：包络壳(4)与“τ轴(3)和(σ‑ua)轴(1)所在平面”的交线满足关系式：τ＝c0[1+(σ‑ua)/σt]1/m，c0为土体初始粘聚力；σt为土体抗拉强度；m为控制强度包线曲率的参数。包络壳(4)上任意平行于“τ轴(3)与(ua‑uw)轴(2)所在平面”的曲线在该面的投影满足：本发明可以用来更准确地计算土体抗剪强度。

Description

一种基于非饱和土非线性强度包络壳模型的土体抗剪强度计 算方法
技术领域
本发明涉及土力学领域，提出了一种基于非饱和土非线性强度包络壳模型的土体抗剪强度计算方法。
背景技术
目前，非饱和土力学领域应用广泛的抗剪强度模型是Fredlund提出的 Mohr-Coulomb破坏包面平面模型，越来越多的研究表明，当基质吸力小于进气值时，基质吸力关联摩擦角与有效内摩擦角大致相等；但当基质吸力逐步增大时，将呈非线性减小。这样，Fredlund的平面模型的应用就受到了一定的限制，相应的土体抗剪强度计算也将出现较大误差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于非饱和土非线性强度包络壳模型的土体抗剪强度计算方法，可以更准确地计算土体抗剪强度，具有更广的适用性。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于非饱和土非线性强度包络壳模型的土体抗剪强度计算方法，所述模型包括有效法向应力(σ-ua)轴(1)，基质吸力(ua-uw)轴(2)和剪应力τ轴(3)(σ为法向应力，ua为孔隙气压力，uw为孔隙水压力)；非饱和土的非线性强度包络壳(4)落在应力空间的第一卦限内，最小值位于τ轴上，其特征在于：抗剪强度沿(σ-ua)轴(1)和(ua-uw)轴(2)均呈非线性单调递增且增速单调递减。
优选的，包络壳(4)与τ轴(3)和(σ-ua)轴(1)所在平面的交线满足关系式：τ＝c0[1+(σ-ua)/σt]1/m，c0为土体初始粘聚力；σt为土体抗拉强度；m为控制强度包线曲率的参数。
优选的，包络壳(4)上任意平行于τ轴(3)与(ua-uw)轴(2)所在平面的曲线在该面的投影满足：
为因基质吸力增加而引起的抗剪强度增量的倾角，a、b、c为土水特征曲线的Fredlund-Xing模型曲线拟合参数，θs和θr分别为饱和体积含水量和残余体积含水量，为土体有效内摩擦角。
本发明的有益效果是：在非饱和土领域引入非线性强度包络壳模型是对非饱和土力学计算的重要补充和完善。非线性强度包络壳模型既能更好地反映土体的实际情况，又能使工程设计偏于安全，该模型在岩土工程中具有良好的应用前景和推广价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为非饱和土的非线性包络壳模型；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，应力空间中的三坐标轴分别表示：有效法向应力(σ-ua)轴(1)，基质吸力(ua-uw)轴(2)和剪应力τ轴(3)，其中，σ为法向应力，ua为孔隙气压力， uw为孔隙水压力。非线性强度包络壳(4)落在应力空间的第一卦限内，最小值位于τ轴上，抗剪强度沿(σ-ua)轴(1)和(ua-uw)轴(2)均呈非线性单调递增且增速单调递减。
包络壳(4)与“τ轴(3)和(σ-ua)轴(1)所在平面”的交线满足关系式：τ＝ c0[1+(σ-ua)/σt]1/m，c0为土体初始粘聚力；σt为土体抗拉强度；m为控制强度包线曲率的参数。包络壳(4)上任意平行于“τ轴(3)与(ua-uw)轴(2)所在平面”的曲线在该面的投影满足：
为因基质吸力增加而引起的抗剪强度增量的倾角，a、b、c为土水特征曲线的Fredlund-Xing模型曲线拟合参数，θs和θr分别为饱和体积含水量和残余体积含水量，为土体有效内摩擦角。
在前述模型的基础上可计算得到更准确的非饱和土抗剪强度。

Claims (1)

1.一种基于非饱和土非线性强度包络壳模型的土体抗剪强度计算方法，所述模型包括有效法向应力(σ-ua)轴(1)，基质吸力(ua-uw)轴(2)和剪应力τ轴(3)，其中，σ为法向应力，ua为孔隙气压力，uw为孔隙水压力；非饱和土的非线性强度包络壳(4)落在应力空间的第一卦限内，最小值位于τ轴上，其特征在于：抗剪强度沿(σ-ua)轴(1)和(ua-uw)轴(2)均呈非线性单调递增且增速单调递减，包络壳(4)与τ轴(3)和(σ-ua)轴(1)所在平面的交线满足关系式：τ＝c0[1+(σ-ua)/σt]1/m，c0为土体初始粘聚力；σt为土体抗拉强度；m为控制强度包线曲率的参数，包络壳(4)上任意平行于τ轴(3)与(ua-uw)轴(2)所在平面的曲线在该面的投影满足：
其中，为因基质吸力增加而引起的抗剪强度增量的倾角，a、b、c为土水特征曲线的Fredlund-Xing模型曲线拟合参数，θs和θr分别为饱和体积含水量和残余体积含水量，为土体有效内摩擦角；在上述模型的基础上，可计算得到更准确的非饱和土抗剪强度。
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