結構性土的強度準則及其本構模型的研究.pdf

1、巖土材料的強度和變形特性是巖土力學中的重要的研究內容。自然界中許多土，如原狀土、改良土以及凍土等，都具有一定的結構性，微觀上主要表現(xiàn)為土體內土顆粒的膠結以及土顆粒的排列。對于結構性土，在加載過程中，土顆粒的膠結被逐漸破壞，使土體的黏聚強度降低；同時，土顆粒的排列也產生變化，影響土體的變形特性。改良土及凍土中，土顆粒和水化物或冰形成一定的聚合結構，這種較強的結構相對于原狀土的結構更為穩(wěn)定，且這種結構破壞時伴隨著黏聚強度的喪失。強結構性土與

2、重塑土的力學特性有較大的差異，將基于重塑土的理論用于強結構性土存在一定的局限性。
　　本文圍繞強結構性土的強度和變形特性進行了研究，主要完成了以下幾個方面的工作：
　　(1)通過分析經典的巖土材料的強度準則，提出了一個適用于多種巖土材料的雙參數(shù)的強度準則。通過選取不同的形狀參數(shù)，該強度準則不僅可以在偏平面分別退化為廣義Mises準則、Lade-Duncan準則以及SMP準則，而且能夠擴展到偏平面上SMP準則內部的區(qū)域。通過與

3、真三軸試驗數(shù)據(jù)的對比，該強度準則對于包括混凝土、花崗巖、砂巖、水泥改良砂土及粘土在內的多種材料均有較好的適用性和較高的精度。
　　(2)研究了兩種改良土（水泥改良土和石灰改良土）的變形特性，基于統(tǒng)一硬化模型的框架，引入了黏聚強度及其變化規(guī)律，并對統(tǒng)一硬化參數(shù)進行了修正和塑性勢函數(shù)進行了修正，提出了適用于改良土的彈塑性本構模型。通過與改良土的三軸試驗數(shù)據(jù)的對比，提出的模型可較好地預測改良土的剪縮/剪脹、硬化/軟化等力學特性，并說明了

4、黏聚強度的喪失對改良土的軟化有重要影響。
　　(3)研究了凍結砂土的變形特性，基于上下加載面模型，引入了凍土在加載過程中的損傷演化規(guī)律以及黏聚強度的變化規(guī)律，提出了一種凍土的彈塑性損傷本構模型。通過與凍土的三軸試驗數(shù)據(jù)的對比，提出的模型可較好地描述凍土的變形和損傷特性。
　　(4)研究了凍土在不同應力水平下的加速蠕變現(xiàn)象，基于Nishihara模型，通過將黏塑性元件修正為非定常、非牛頓黏性元件，使其能夠反映其加速蠕變的過程。