天然粘土的各向異性與結構性本構模型研究.pdf

1、天然粘土的變形特性和本構模型研究是巖土工程領域的基本研究課題之一，具有重大的理論意義和工程實用價值。結構性和各向異性是天然粘土最基本的變形特性。本文在粘土的各向異性和結構性的已有研究成果的基礎上，較為系統(tǒng)地總結了各向異性和結構性的產生機理及其對粘土的力學行為影響的規(guī)律性，深入探討了粘土的各向異性及結構性模型的建立途徑，取得了如下創(chuàng)新性的研究成果。1.基于邊界面模型的基本框架，建立了一個適用于正常固結和超固結重塑粘土的各向異

2、性彈塑性本構模型。該模型通過引入一個形狀靈活的各向異性的邊界面形式來考慮初始各向異性，采用一個可以同時考慮塑性體應變和塑性剪應變對各向異性影響的硬化法則來反映誘發(fā)各向異性，從而更好地模擬了各向異性的演化過程及其對粘土應力應變響應的影響。通過與劍橋模型和現在較為常用的Wheeler各向異性模型的對比分析，說明了該模型較現有模型的優(yōu)越性。通過對多種粘土的多組不同固結條件和不同應力路徑下的試驗成果的模擬，初步驗證了該模型的合理性和

3、有效性。2.基于對結構性的產生機理的分析，以及對結構性與各向異性的相互影響的規(guī)律性的分析，在上述重塑粘土的各向異性本構模型的基礎上，進一步建立了一個可以同時考慮結構性和各向異性的適用于天然粘土的彈塑性本構模型。該模型的突出特點在于采用了一個各向異性的參考面，即定義K0固結的天然粘土受到擾動后出現結構性破壞后的屈服面為參考面，結構性損傷的過程就是邊界結構面向參考面逐漸收縮的過程。通過定義各向異性參考面，模型可同時考慮結構性和

4、各向異性的影響。采用這種方式建立的模型，具有物理基礎明確，數學表述簡單，參數容易確定的優(yōu)點。對所提出的模型的結構性參數進行了詳細的參數敏感性分析。在此基礎上，對不同的結構性粘土的多組試驗結果進行了模擬計算，包括Bothkennar粘土的一維壓縮試驗、Boston Blue粘土原狀土樣的三軸試驗以及Norr(o)king粘土的三軸試驗。良好的模擬效果表明，所提出的天然粘土的本構模型具有較好的預測能力和較為廣泛的適用性。關鍵詞：