結(jié)構(gòu)性土的強度準(zhǔn)則及其本構(gòu)模型的研究.pdf

1、巖土材料的強度和變形特性是巖土力學(xué)中的重要的研究內(nèi)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(jié)構(gòu)性，微觀上主要表現(xiàn)為土體內(nèi)土顆粒的膠結(jié)以及土顆粒的排列。對于結(jié)構(gòu)性土，在加載過程中，土顆粒的膠結(jié)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(chǎn)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(jié)構(gòu)，這種較強的結(jié)構(gòu)相對于原狀土的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，且這種結(jié)構(gòu)破壞時伴隨著黏聚強度的喪失。強結(jié)構(gòu)性土與

2、重塑土的力學(xué)特性有較大的差異，將基于重塑土的理論用于強結(jié)構(gòu)性土存在一定的局限性。
　　本文圍繞強結(jié)構(gòu)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(jīng)典的巖土材料的強度準(zhǔn)則，提出了一個適用于多種巖土材料的雙參數(shù)的強度準(zhǔn)則。通過選取不同的形狀參數(shù)，該強度準(zhǔn)則不僅可以在偏平面分別退化為廣義Mises準(zhǔn)則、Lade-Duncan準(zhǔn)則以及SMP準(zhǔn)則，而且能夠擴展到偏平面上SMP準(zhǔn)則內(nèi)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(zhǔn)則對于包括混凝土、花崗巖、砂巖、水泥改良砂土及粘土在內(nèi)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(gòu)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(yù)測改良土的剪縮/剪脹、硬化/軟化等力學(xué)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(jié)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(gòu)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(yīng)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。