土體失穩(wěn)的變形分叉理論與分叉后的力學(xué)性狀.pdf

1、土體漸近破壞理論是當(dāng)今巖土界研究的焦點(diǎn)之一,它強(qiáng)調(diào)了土體變形與穩(wěn)定的統(tǒng)一性.土體漸進(jìn)破壞過程則是土體內(nèi)部變形局部化現(xiàn)象產(chǎn)生和發(fā)展的過程.引起土體失穩(wěn)的變形局部化現(xiàn)象,普遍存在于邊坡、堤壩、地基、擋土墻等巖土工程領(lǐng)域.在室內(nèi)試驗(yàn)中,可以清楚地觀察到土樣在失穩(wěn)過程中常常伴隨著宏觀剪切帶的產(chǎn)生.這種現(xiàn)象表明了土體失穩(wěn)和應(yīng)變局部化現(xiàn)象存在必然的內(nèi)在聯(lián)系.只有從理論上揭示土體變形局部化發(fā)生和發(fā)展的機(jī)理,合理的判別土體的失穩(wěn)狀態(tài),才有可能比較準(zhǔn)確的

2、預(yù)測土體變形及其臨界破壞狀態(tài).針對土體應(yīng)變局部化的這一難題,該文主要從以下四個(gè)方面入手:1.研究應(yīng)變局部化產(chǎn)生的條件 2.探討土體失穩(wěn)、破壞的力學(xué)機(jī)理 3.分析本構(gòu)模型對土體失穩(wěn)判別準(zhǔn)則的影響 4.研究土體應(yīng)變局部化形成后的應(yīng)力應(yīng)變性狀 應(yīng)變局部化可視均勻變形的應(yīng)力應(yīng)變特性發(fā)生分叉的一種失穩(wěn)現(xiàn)象.借助于數(shù)學(xué)上的分叉理論分析均勻土樣產(chǎn)生局部化變形的分叉條件,得出了小變形條件下觸發(fā)應(yīng)變局部化產(chǎn)生的判別準(zhǔn)則的三維解析.利用解析形式的判別準(zhǔn)則,

3、分析土體在平面應(yīng)變條件下剪切帶形成的方向性.通過應(yīng)變局部化理論與土力學(xué)的剪切帶經(jīng)典理論的對比分析,從而揭示了室內(nèi)試樣剪切帶呈現(xiàn)特定方向性的一般機(jī)理.理論研究進(jìn)一步分析土體失穩(wěn)和土體破壞的力學(xué)機(jī)理.理論分析表明應(yīng)變局部化與土體失穩(wěn)在機(jī)理上并不完全一致,應(yīng)變局部化現(xiàn)象也有別于保持均勻變形的彈塑性變形的終了狀態(tài)一土體破壞的機(jī)理.研究表明,一方面在平面應(yīng)變應(yīng)力狀態(tài)下,應(yīng)變局部化(局部型變形分叉)產(chǎn)生是導(dǎo)致土體失穩(wěn)的條件.另一方面在軸對稱應(yīng)力狀態(tài)

4、下,伴隨土體均勻變形的發(fā)展直至最終的彈塑性臨界破壞狀態(tài)將不會(huì)有變形局部化現(xiàn)象的產(chǎn)生.在軸對稱應(yīng)力狀態(tài)下,理論研究進(jìn)一步表明了土體失穩(wěn)是整體均勻變形場的分叉(擴(kuò)散型變形分叉)結(jié)果.基于有限變形理論分別推導(dǎo)了平面應(yīng)變和軸對稱問題的隱式判別準(zhǔn)則,理論分析結(jié)果與常規(guī)試驗(yàn)所觀測的現(xiàn)象是一致的.土體失穩(wěn)的變形分叉理論分析試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),基于傳統(tǒng)本構(gòu)模型的變形分叉理論不能準(zhǔn)確的預(yù)測土體失穩(wěn)狀態(tài).研究表明,傳統(tǒng)的本構(gòu)模型隱含了應(yīng)力和塑性應(yīng)變率的共軸條件.