软土模型 | 修正的膨胀指数和压缩指数
文章摘要
本文讨论了软土模型中修正的膨胀指数和修正的压缩指数的估算方法，这些参数对于绘制粘土材料的平均应力与体积应变的对数函数关系图至关重要。文章首先解释了如何从各向同性压缩试验中获取这些指数，并指出修正指数与原始Cam-Clay模型中的参数不同。接着，文章介绍了如何通过固结试验或经验关系式获得压缩指数，以及如何基于一维压缩试验来确定修正指数λ和κ。最后，文章详细描述了Plaxis2D以及其他软土模型软件如FLAC3D、RS2和Sigma/W中这些参数的输入方法，包括刚度参数和强度参数的设置。通过这些参数的准确输入，工程师能够更好地模拟软土地基的力学行为。
正文
1. 引言
2. 压缩指数
根据下面的试验曲线，测得参数值如下：
压缩指数Cc=0.125
再压缩指数Cr=0.011
初始孔隙比e0= 0.891
这些参数值作为主固结(Primary Consolidation)计算的输入参数。
3. 修正指数λ*和 κ*
在(1)式和(2)式中，假定空隙率e为常数。事实上，e在压缩试验过程中会发生变化，但空隙率的差异相对较小，参看上述试验结果。对于e，可以使用试验过程中出现的平均空隙率，也可以只使用初始值e0。
在(4)式中，κ* 和一维膨胀指数 Cs之间没有确切的关系，因为在一维卸载过程中，水平应力和垂直应力的比值会发生变化。在这种近似情况下，假设卸载过程中的平均应力状态为各向同性应力状态，因此 K0=1；对于摩擦角在20°~30° 范围内的中度超固结粘土来说，这一假设是合理的。
在实践中，通常假定膨胀与再压缩行为相同，但这可能并不正确。因此，κ* 应基于 Cs 而不是再压缩指数 Cr；(3)式中的系数 2.3 是由基数 10 的对数与自然对数之间的比值得出的；比率 λ* / κ* (=λ / κ) 一般介于 2.5 和 7 之间。
因此，对于上述试验：
λ*=0.125/(2.3*(1+0.891))=0.029
κ*=2*0.011/(2.3*(1+0.891))=0.005
4. 软土模型参数
Plaxis2D软土模型的刚度参数输入如下图所示，前三个参数分别为：
λ*---Modified compression index (修正的压缩指数)
κ*---Modified swelling index (修正的膨胀指数)
v_ur---Poisson's ratio for unloading / reloading (泊松比)
强度参数输入如下图所示，其参数含义分别为：
(1) c_ref---Effective cohesion (有效粘结力)
(2) phi---Friction angle (内摩擦角)
(3) psi---Dilatancy angle (膨胀角)
其它参数(使用默认设置)：
(1) k0^nc---Coefficient of lateral stress in normal consolidation (正常固结情况下的侧向土压力系数 )
(2) M---k0^nc参数
M是根据侧向土压力系数K0^nc自动计算得出的。在当前模型中，M与修正的Cam-Clay 模型中的类似参数不同，后者与材料摩擦力有关。确切的关系式如下所示：
zone cmodel assign soft-soilzone property lambda-modified 0.029 kappa-modified 0.005 poisson 0.15zone property coefficient-normally-consolidation 0.62 ...[ocr]0
