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中仿GeoStudio软件Quake材料参数介绍

2024-12-19 16:23:27 iGeo
在动态分析中,最常见的土壤属性是剪切模量G。在 QUAKE/W中,有几种方法可以指定G以及说明G如何受到循环应力的影响。与土壤刚度密切相关的是土壤消散与地震波相关的能量的能力,这一属性称为阻尼。
与超额孔隙水压力生成相关的许多属性并非常量,而是函数形式。本文将逐一介绍这些函数,并解释它们在QUAKE/W中的使用方式。
QUAKE动态响应模块含有3种材料模型,分别是线弹性,等效线性,非线性。

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一、线弹性模型

线弹性模型是应力与应变成正比例的模型,比例常数为杨氏模量。这种材料模型主要用于学习和测试分析性质,例如确定边界条件或现场条件的应用。    

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1,单位重度,泊松比

2,指定原位Ko:如果勾选,则需要指定材料ko值,而不是通过QUAKE计算。当水平应力大于垂直应力情况时,指定ko值会更有用。在使用初始静态分析类型时,指定Ko只对具有水平地表的几何图形有效。没有选中复选框时,会显示QUAKE/W计算结果。

3,阻尼比:材料阻尼属性,一般设置为常数。

4,孔隙水压力函数:计算震动过程中生成的孔隙水压力,必须定义孔隙水压力比率和循环次数比率之间的关系。点击选项右侧 ’...’ ,进入孔隙水压力函数定义,生成孔隙水压力函数,需要输入一个N值。如图

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注:
循环比率值处于0.0到1.0之间;
规定的孔隙水压力比值不得大于1.0;
如果材料没有定义孔隙压力函数,则不计算由于振动引起的孔隙压力变化;

动态孔隙压力变化为零。

5,Ka函数:剪应力校正系数,定义了初始剪应力/正应力与剪应力比修正系数(Ka)的关系。

Ka依赖于静态剪应力比(其中a代表alpha),剪应力比定义为初始静态x-y剪应力除以垂直有    

效正应力,Ka值必须为正数,通常在0.0到2.0之间。Ka函数必须与循环数函数一起使用。

6,Ks函数:上覆层校正系数,定义了有效上覆层压力与上覆层修正系数(Ks)的关系。

Ks依赖于有效覆岩压力(其中s代表sigma)。Ks改变了NL(引起液化所需的循环次数),为循环次数函数的附加项。Ks必须为正数,通常在0.2到1.2之间。Ks函数必须与循环数函数一起使用。

注:在QUAKE模块中,覆盖层压力用Pa(大气压)表示。一个Pa意味着,例如,101.3 kPa,或2116psf (14.7 psi)。

7,循环次数函数:此函数用于指定循环应力比(Cyclic Stress Ratios,CSR)与生成液化所需的循环数之间的关系。

循环次数函数定义在一定的应力水平下导致液化的循环次数,从这个函数得到的参数是NL。

循环数函数被孔隙压力函数用来计算震动引起的孔隙压力,循环数函数必须与孔隙压力函数相连接。    

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8,Gmax:初始小应变剪切模量,定义为常数,或者定义为y有效应力的函数。

Gmax函数定义小应变(最大)剪切模量G的变化,作为y有效应力的函数。通过与y有效应力的相关性,可以确定小应变剪切刚度随深度的增加。    

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二、等效线性材料

等效线性材料模型与线性弹性模型相似,但根据计算应变对土体刚度(G)进行了修正。利用等效线性材料模型,在动力分析结束时计算了超孔隙水压力。    
等效线性材料比线性材料增加几个选项。例如G折减函数,粘聚力和内摩擦角,阻尼比提供函数参数和液化时稳态强度。
其余参数则和线性材料参数意义相同。

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1,G折减函数:G折减函数将G/Gmax与循环剪切应变联系起来。这个函数处理由于剪切变形而导致的刚度降低或“软化”。    

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2,粘聚力C’:有效粘聚力,定义为一个常量。

3,内摩擦角Phi’:材料的有效摩擦角,以度为单位。

4,阻尼比:描述材料的阻尼特性,可以选择为常数或者函数。阻尼比函数将阻尼比的变化定义为循环剪切应变的函数。这个函数定义了随着剪切应变的增加,土壤的阻尼特性如何变化。随着循环剪切应变的增加,阻尼增加。函数的生成:输入围压应力和塑性指数,选择生成试样Fn。然后可以根据需要修改函数。    

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5,液化时的稳态强度:当土壤液化时,这个选项可以限制强度。极限强度值为稳态强度(Steady-State Strength,Css)和失效面角度(Collapse Surface Angle)。参数确定如下图。    

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三、非线性模型

非线性材料模型模拟了一个真实的非线性分析,其中计算了过量的孔隙水压力,并在地震震动期间改变了土壤性质。与等效线性材料模型不同,非线性材料模型计算了整个动态分析过程中的孔隙水压力。
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非线性模型中,有三项与等效线性模型不同。    

1,最大阻尼比

2,MFS孔隙水压力函数:Martin, Finn, and Seed (1975)函数定义了体积应变随循环数的变化。将体积应变的变化定义为一个函数循环,QUAKE/W将使用该曲线来找到MFS常数,然后基于此计算pwp变化。

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3,回弹模量函数:定义了可恢复模量和y有效应力之间的关系。定义了作为Y有效应力的函数模量Er的变化。    

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